Page 137 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 黄逸群等： 混凝土声发射信号源定位精度的细观模型计算分析 983

发射的定位计算方法假设声速在材料内匀速传播，
0 引言 因此混凝土内部的非均匀性决定了在对其进行声

发射源定位时必然会出现一定的误差。对于误差的
声发射是材料在产生变形或损伤时以弹性波
程度，目前的研究定性分析较多，定量分析较为罕
形式释放应变能的自然现象。多数材料的声发射强
见。为详细了解混凝土内细观因素对混凝土内部声
度不高，人耳无法直接听到，需借助灵敏的电子仪器
发射源定位精度的影响，本文从细观尺度出发，基于
进行探测。
混凝土细观结构与在遗传算法基础上实现的时差
声发射技术作为一项新兴的无损、动态的检测
定位算法，定量计算分析了骨料含量、声速偏差对
技术，目前在混凝土材料断裂损伤机理的研究中已
混凝土材料定位精度的影响。
得到了广泛的应用：如运用混凝土破坏过程中的声
发射基本参量或二次处理参量 (能量、振铃计数、撞 1 计算模型
击数，RA 值等) 变化趋势表征来预测或判断混凝土
的破坏程度 [1−9] ；结合混凝土受载破坏全过程的能 1.1 混凝土二维细观多边形骨料模型
量变化率建立相应的混凝土本构模型 [10−11] ；通过 混凝土常见的骨料形状多为带棱角的多面体，
信号识别及处理，反演混凝土内部损伤 [7−8] ；通过 在细观力学问题中，采用多边形 (多面体) 而不是圆
声发射源的定位确定混凝土加载过程的内部裂缝 形(球) 对骨料进行模拟更为符合实际情况。本文所
开展路径 [9] 等。 采用的方法是对基础多边形进行扩充，生成复杂多
相较于一般的均匀材料如金属、塑料，混凝土 边形，随后逐个将其投入指定区域，采用相应算法
是一种由骨料、砂浆、骨料砂浆交界面、内部孔隙等 排除骨料重叠情况，最终生成骨料结构 [13] ，如图 1
组成的多相非均匀准脆性材料 [12] 。而由于目前声 所示。

(a) ۳ᆩܳ᣸ॎ (b) ᰤந᧘ԯѼல (c) ᰤநፇ౞
图 1 多边形骨料结构生成示意图
Fig. 1 The generation of polygon aggregates

1.2 基于遗传算法的声发射时差定位算法 ܦԧ࠱͜ਖ٨4
ܦԧ࠱͜ਖ٨3
时差定位算法是通过传感器接收到同一声发
射信号的时间差，结合传感器布置位置，采用数学方 S  S 
法对声发射信号源进行定位的方法。其基本原理如
图2 所示，以二维问题为例，假定声发射信号源坐标 ܦԧ࠱
ηՂູ
为 (x, y)，各声发射传感器的坐标为 (x i , y i )，则声发 S  S 
射信号源到各声发射传感器的距离S i 为
ܦԧ࠱͜ਖ٨1 ܦԧ࠱͜ਖ٨2
√
2
2
S i = (x − x i ) + (y − y i ) . (1)
图 2 声发射定位示意图
定义第 i 个声发射传感器探测到某一声发射事
Fig. 2 Acoustic emission positioning diagram
件与声发射事件产生时的绝对时差为 t i ，则各声
发射传感器之间测得的同一声发射事件的时间差 假设所测物内部为均匀介质，其声速为 v，则
∆t ij 为
各传感器测得同一声发射事件的时间差满足如下
∆t ij = t i − t j , i < j. (2) 公式：