Page 45 - 《应用声学》2023年第4期
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第 42 卷 第 4 期        梁鹏等: 三点弯曲试验条件下花岗岩声发射横纵波特征及损伤演化                                          707


                        100                                      100
                                                ጫฉ˟ᮠӴඋ                                  ഷฉ˟ᮠӴඋ
                         80                                      80
                       ጫฉ˟ᮠӴඋ/%  60                            ഷฉ˟ᮠӴඋ/%  60



                         40
                                                                 40
                         20                                      20

                         0                                        0
                           0    10    20     30    40    50         0    10    20     30    40    50
                                        ˟ᮠӝᫎ                                     ˟ᮠӝᫎ
                                        (a) ጫฉ                                  (b) ഷฉ
                                                 图 9  试件 HGZL-8 主频占比
                                       Fig. 9 Dominant frequency ratio of specimen HGZL-8
                 当损伤面达到 A d 时产生的声发射累计计数                        纵波信号,花岗岩破裂过程峰前释放的能量占比不
             N d 可表示为                                          足1%,而峰值载荷后的能量占比高达 99.9%。可见,

                                          A d                  三点弯曲作用下花岗岩破坏过程能量释放主要集
                          N d = N s A d = N 0  .        (3)
                                          A                    中在峰值载荷后的破坏阶段,也意味着损伤在峰值
                 将式(3)代入式(1)可得到损伤变量为
                                                               载荷后会快速发展,这与二者损伤变量在临近峰值
                                    N d
                               D =     .                (4)    载荷逐渐增大,而后瞬间急增到最大值的现象一致。
                                    N 0
             4.2 损伤演化特征                                                表 2  峰值载荷前后能量与损伤占比

                 通过公式 (4) 计算以声发射累计计数为特征参                          Table 2 Energy and damage ratio before
             量的损伤变量,分别记横波和纵波计算的损伤变量                               and after peak load
             为D S 和D P 。图10为花岗岩破坏过程载荷、损伤变                                                         (单位: %)
             量随时间的变化曲线。可以看出,花岗岩试件三点                                                  能量占比         损伤占比
                                                                     试样    传感器类型
             弯曲作用下损伤演化过程可划分为 3 个阶段:阶段                                               峰前   峰后     峰前    峰后
             I 为初始损伤阶段;阶段 II 为损伤稳定发展阶段;阶                           HGZL-2    纵波     0.04  99.96  49.80  50.20
                                                                             横波     0.01  99.99  7.00  93.00
             段 III 为损伤加速发展阶段。阶段 I 中,纵波损伤变
                                                                             纵波     0.19  99.81  70.0  30.00
             量曲线近似水平平稳变化;横波损伤变量曲线近似                                HGZL-5
                                                                             横波     0.01  99.99  15.60  84.40
             水平变化。阶段 II 中,纵波损伤变量出现缓慢增长
                                                                             纵波     0.68  99.32  95.10  4.90
             现象,且增长速度不断加快;横波损伤变量出现缓                                HGZL-8
                                                                             横波     0.06  99.94  36.50  63.50
             慢增长。阶段 III 中,纵波损伤变量增长速度持续增
                                                                             纵波     0.30  99.70  71.63  28.37
             加,随即陡升至峰值;横波损伤变量由缓慢增长转变                                平均值
                                                                             横波     0.03  99.97  19.70  80.30
             为急剧增长并陡升至峰值。从损伤演化过程来看,
             横纵波损伤变量均在花岗岩试件临近破坏时陡升,                                从损伤占比来看,纵波损伤变量计算的峰前、
             到最后破坏时达到峰值,与此同时也存在一定的差                            峰后损伤占比为 71.63% 和 28.37%,横波损伤变量
             异性。                                               计算的峰前、峰后损伤占比为19.70%和80.30%。可
                 为更好地分析横纵波损伤变量的差异性,分别                          以看出,横纵波损伤变量计算的峰值载荷前后损伤
             统计花岗岩破坏过程峰值载荷前后能量与损伤占                             占比截然相反,纵波损伤主要集中在峰值载荷前,横
             比 (表 2),能量占比可通过声发射累计能量进行计                         波损伤主要集中在峰值载荷后。结合花岗岩破裂过
             算,进一步从能量角度探讨横纵波损伤变量的差异                            程能量特征,横波损伤变量对峰值载荷前后损伤的
             性,分析三点弯曲作用下花岗岩破裂过程损伤演化                            刻画与能量释放规律一致。因此,相比纵波损伤变
             规律。结合各个试样平均值来看,不论是横波还是                            量,横波损伤变量能够刻画峰后损伤急速发展的过
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