Page 85 - 《应用声学》2021年第3期

第 40 卷 第 3 期 李冬雪等： 混凝土中的声发射波速特性及其在源定位中的应用 403

势，如图 4(b) 所示。当砂率为 0.47、0.50 和 0.55 时， 直线传播距离大于 500 mm 时，传感器接收到的信
R a 的范围分别为 2% ∼ −43%、−1% ∼ −54% 和 号以弯曲波为主。为了确保定位时使用相同模态的
2% ∼ −41%，变异系数分别为0.48、0.57 和0.44。可 声波，本文采用该对数函数对 500 mm 以内的波速
见，砂率对波速衰减现象的影响并不显著。 数据进行了拟合，得到了 AE 波速的修正模型如公
式 (2)所示：
5000 S/⊲ V x = a ln x + b, x 6 500 mm,
ฉᤴ/(mSs -1 ) 4000 S/⊲ a = −1111+2898.8 ( ) +255.3S−42.6d max ,
w
S/⊲
c
3000
w
b=9691−18726.5 ( ) − 1521.6S+264.6d max , (2)
2000 c
0 200 400 600 800 1000 式 (2) 中：V x 为人工激发 AE 在传播路径上不同传
ᡰሏ/mm
播距离时的波速，m/s；x 为人工激发 AE 在传播路
B ฉᤴ෹͜୧ᡰሏᄊԫӑৱц
径上的传播距离，m。对于不同配合比的混凝土试
0
S/⊲ 件，模型的回归参数 a、b 均表示为材料组成 (水灰
ฉᤴᛰѓဋ/% -20 S/⊲ 比、砂率、最大粒径)的函数。
S/⊲
5000
-40
d max =20
-60 4000 d max=10
200 400 600 800 1000 ฉᤴ/(mSs -1 )
ᡰሏ/mm 3000
C ฉᤴ෹͜୧ᡰሏᄊᛰѓৱц
2000
图 4 砂率对波速的影响
0 200 400 600 800 1000
Fig. 4 Influence of sand ratio on wave velocity ᡰሏ/mm
(a) ฉᤴ෹͜୧ᡰሏᄊԫӑৱц
1.2.4 骨料最大粒径的影响
0
将相同水灰比和砂率的水泥混凝土试件在不 d max =10
同骨料最大粒径条件下 AE 波速随传播距离的变化 -20 d max=20
情况绘制于图5，结果表明：当水灰比和砂率相同时， ฉᤴᛰѓဋ/% -40
骨料粒径越大，水泥混凝土中标准 AE 信号的基准
波速越大。当骨料最大粒径为 10 mm 和 20 mm 时， -60
200 400 600 800 1000
V d 分别为3551 m/s 和4639 m/s，如图5(a)所示。不 ᡰሏ/mm
同骨料最大粒径时的水泥混凝土试件中，标准 AE (b) ฉᤴ෹͜୧ᡰሏᄊᛰѓৱц
波速均表现出随距离增加而衰减的趋势，如图 5(b) 图 5 骨料最大粒径对波速的影响
所示。当骨料最大粒径为 10 mm 和 20 mm 时，R a
Fig. 5 Influence of the maximum aggregate size
的范围分别为 −13% ∼ −34% 和 −1% ∼ −54%，变 on wave velocity
异系数分别为 0.26 和 0.57，即骨料粒径越大，AE 波
速随距离的衰减越显著。 2 基于修正波速的AE源定位方法

1.3 波速修正模型 穷举法又称列举法、枚举法，通过对要解决问题
对传感器进行激励时，通常会产生不同模式的 的所有可能情况逐个进行检验，从中找出符合要求
声波。本文中(垂直) 激发方式主要会激发起最低阶 的答案。穷举法最大的缺点是通过牺牲时间来换取
的弯曲波，以及具有一定幅度的扩展波。扩展波的 答案的全面性。在AE 无损检测过程中，由于 AE 传
衰减一般远大于弯曲波，加上其本来幅度就低于弯 感器阵列反馈的信号能量各不同，这使得初步判别
曲波，当传播距离较远后，仅有弯曲波还有一定幅 声源潜在区域成为可能，此时将穷举对象局限于已
度能被仪器探测到。本次波速试验中，当传播距离 缩小的待检验区域内，则可提高穷举法的定位效率。
较短时，声速较高的扩展波首先到达，波速较高；当 此外，穷举法的数学描述中假定波速已知且为常数，