水压力作用下三峡库区侏罗系软岩损伤演化特性研究

为研究不同库水深度处侏罗系软岩的损伤演化特性,对三峡库区侏罗系泥质粉砂岩进行了不同水压力状态下的MTS三轴压缩声发射试验,建立了基于声发射振铃计数考虑水致初始损伤的损伤演化方程,对水压力作用下侏罗系软岩的力学劣化特性、损伤演化阶段和损伤演化特征值进行了分析,结果表明:随着水压力增大(0 MPa到1 MPa),软岩的起裂应力、损伤应力、峰值应力、残余应力以及弹性模量整体均呈现出减小的趋势,减小幅度分别为74.2%、66.9%、62.4%、43.4%、51.9%;侏罗系软岩的损伤演化过程可分为损伤形成阶段、损伤稳定发展阶段、损伤破坏阶段和损伤破坏后阶段,各个损伤阶段与裂隙扩展阶段基本保持同步;损伤演化特征值能够定量地反映水压力对侏罗系软岩的影响劣化程度,各个损伤演化特征值与水压力均呈现出较好的数学相关性,初始损伤变量和起裂损伤变量随水压力的增大而增大,起裂损伤增量和起裂损伤应变随水压力的增大而减小;在水压力增大过程中,初始损伤变量与起裂损伤变量的数值逐渐逼近,起裂损伤增量和起裂损伤应变数值逐渐接近于0,说明库水压力的存在会对侏罗系软岩造成不同程度的损伤,能够加速岩石的裂隙发展和破坏进程。

基于高分辨率Lamb波的铝合金板裂纹定量监测方法

铝合金板状结构广泛应用于铁路运输、水路运输、航天航空等领域,在高强度载荷和复杂环境下工作容易产生裂纹,导致力学性能下降,最终威胁载运设备的安全运行,因此研究铝合金板裂纹定量监测方法对监测结构状态具有重要意义.本文通过波形设计和参数优化设计了符合要求的高分辨率Lamb波激励信号,建立有限元仿真模型获取仿真信号,分析仿真信号提取多种损伤特征值建立裂纹诊断模型.通过比对不同信号的裂纹诊断结果,证明了使用高分辨率Lamb波进行裂纹诊断的优越性,确定了诊断效果最好的高分辨Lamb波信号,并开展验证试验,运用高分辨率Lamb波实现了对铝合金板裂纹的定量监测,提高了裂纹监测的精度.

基于光纤布拉格光栅的孔边疲劳裂纹监测研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感器被广泛应用于轨道车辆、机械装备等结构裂纹损伤监测,通过传统有限元方法获取结构裂纹损伤与光纤信号的作用机理需要大量的计算时间和计算成本,同时,基于单一特征值的裂纹定量监测模型往往难以应用于轨道车辆复杂的铝合金板状结构,为此,结合扩展有限元和支持向量回归方法提出一种新的孔边裂纹监测方法,以光纤布拉格光栅传感器为媒介,通过扩展有限元法模拟含孔结构在循环加载条件下的裂纹扩展过程,利用传输矩阵法重构FBG反射谱,揭示裂纹扩展时应变变化与FBG反射谱的作用机理,提取中心波长、展宽、波峰数、反射谱面积、损伤谱与健康谱的重合面积、分形维数、相关系数共7个损伤特征值,利用支持向量回归方法建立损伤特征值与裂纹长度之间的诊断模型,实现对裂纹长度的实时监测,并开展裂纹长度仿真分析与疲劳裂纹扩展试验。研究结果表明:融合多传感器的仿真分析裂纹长度预测平均相对误差绝对值为6.67%,试验监测裂纹长度平均相对误差绝对值为3.67%,验证了本方法的准确性与有效性。

基于神经网络和支持向量机的导波弯管腐蚀损伤程度辨识研究

利用导波的远场检测优势和机器学习模型,开展管道弯曲处腐蚀损伤程度智能辨识方法研究。在普通碳质钢管弯头处加工不同程度的腐蚀缺陷,按腐蚀程度分为10个等级。采用自激自收和一激一收两种信号激励接收方式,在管道中激励具有非频散的T(0,1)型超声导波,采集得到不同腐蚀程度缺陷对应的导波检测信号。在时域和频域对检测信号进行分析,提取多个导波信号特征值用于表征损伤程度,并通过BP神经网络和支持向量机两种分类模型对数据进行训练分析得到缺陷损伤辨识模型,实现弯曲处腐蚀程度的准确辨识。研究中分析两种模型的超参数对缺陷辨识模型精度的影响,对比研究两种模型对弯管腐蚀损伤辨识的性能。试验结果表明,两种损伤辨识模型对不同激励接收模式下的导波检测信号均能取得较优的分类效果。相较于BP神经网络,支持向量机在小样本条件下对弯管腐蚀损伤具有更好的辨识效果。