埋入式聲發射感測器與混凝土的相容性和耦合機理研究

《埋入式聲發射感測器與混凝土的相容性和耦合機理研究》是依託濟南大學，由程新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：埋入式聲發射感測器與混凝土的相容性和耦合機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：程新
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

聲發射技術可以對混凝土破壞的全過程實施實時、動態監測，這對提高結構的可靠性、安全性、降低維護費用等具有非常重要的意義。感測器與混凝土的相容性和耦合作用是制約混凝土聲發射監測技術發展的主要因素。本研究針對混凝土聲發射信號的特點，以水泥為基體，壓電陶瓷為功能體，製備機械品質因數低、聲阻抗與混凝土相匹配的水泥基壓電複合材料，並以此為感知元件製備適合於混凝土聲發射監測的埋入式感測器。探討感測器的力學、聲學性能，研究感測器與混凝土的相容性，明確此相容性與感測器性能的相關性；研究感測器埋入混凝土前後性能的變化規律，分析邊界條件對感測器振動模式的影響，明確感測器與混凝土的耦合機理，建立感測器－混凝土一體化模型；研究埋入式感測器所接收聲發射信號的首波上升沿、波幅、頻譜回響等特徵，進行混凝土聲發射源的精確定位，實現對混凝土的健康監測。本研究不僅有重要的理論意義，而且更具有重要的工程套用價值。

結題摘要

混凝土是土木工程中套用最廣泛的結構材料，在其服役過程中，將不可避免的產生材料性能退化、損傷累積及斷裂，在整個斷裂過程中都會伴隨有聲發射產生。因此採用聲發射技術對混凝土結構進行實時線上監測具有重要意義。本項目根據混凝土聲發射技術對聲發射感測器在寬頻、相容特性等方面的要求，製備了適合埋入混凝土中進行聲發射監測感測器，並對其聲發射參數開展了相關試驗研究，給出了聲發射參數的確定方法，確定了最佳聲發射基本參數；利用聲發射技術，通過模擬聲波在已知距離的兩感測器間傳播的時間差，分別進行了不同距離下砂漿、素混凝土和鋼筋混凝土三種不同的水泥基材料中聲發射波速試驗，確定了聲發射感測器在不同邊界條件下對水泥基材料聲發射波速變化的監測能力，通過實驗研究獲得了聲波在不同水泥基材料中的傳播規律；並將聲發射感測器埋入混凝土中，通過鉛筆斷鉛模擬聲發射源進行3D定位試驗，並與外置式試驗結果對比，確定了合理布置感測器後埋入式感測器對聲發射3D定位精度的提高程度，證明了將感測器埋入混凝土中對實現其聲發射定位具有一定的可行性和有效性；抗壓試驗結果表明聲發射感測器能夠準確的反應出水泥基材料在受壓過程中的連續性信號，隨著載入過程的進行，聲發射信號的幅值等都有明顯的增加，當載荷超過破壞載荷的70%左右時，聲發射信號能量突然增加；三點彎曲試驗結果表明，撞擊實驗曲線和試驗機載入曲線之間有很好的一致性，整個聲發射過程可分為3個階段，即初始階段、穩定階段和不穩定階段，所接收的聲發射信號能夠很好的反應混凝土的斷裂過程。總之，運用埋入式聲發射感測器，能夠線上、實時、原位的對混凝土結構中裂縫發展進行定位監測，及時反映水泥基材料裂縫損傷的發展並做出預測和評估。