土木工程结构损伤声发射监测及评定：理论、方法与应用
作者：李冬生，杨凯舜，喻言
出版时间： 2017年版
内容简介
本书讲述声发射技术在土木工程结构损伤监测中的基本理论、方法及工程应用，重点介绍土木工程结构损伤声发射传播规律及数值模拟技术、土木工程常见结构损伤声发射监测及安全评定方法。全书分为8章，包括土木工程结构损伤声发射监测基本原理、土木工程结构损伤声发射传播规律及数值模拟、板状结构损伤声发射波束成型定位方法、桥梁拉索损伤演化声发射监测及评价方法、桥梁拉索腐蚀损伤声发射监测及模式识别、纤维混凝土损伤演化声发射监测及破坏机理、往复荷载下FRP-钢管约束混凝土柱损伤声发射监测、声发射技术在拱桥吊杆损伤监测中的应用等。
目录
目录
第1章 土木工程结构损伤声发射监测基本原理 1
1.1 引言 1
1.2 声发射波的研究 2
1.2.1 声发射波产生机理及物理效应 2
1.2.2 声发射产生的条件 3
1.2.3 声发射信号的特征参数 5
1.3 土木工程结构损伤常见的声发射技术分析方法 7
1.3.1 声发射特征参数分析方法 7
1.3.2 声发射信号的波形分析方法 8
1.3.3 基于声发射特征参数评价土木工程结构损伤 10
第2章 土木工程结构损伤声发射传播规律及数值模拟 14
2.1 声发射信号的波型效应及其影响 14
2.2 柱面导波的基本理论 17
2.2.1 导波的常用概念 17
2.2.2 导波的频散特性和多模态特性 18
2.2.3 柱面导波频散方程 19
2.3 柱面导波频散曲线的编程 24
2.4 声发射波型效应的数值模拟 25
2.4.1 导波数值模拟的优越性 25
2.4.2 导波数值模拟的优化方法 26
2.4.3 导波数值模拟的处理方法 28
2.4.4 数值模拟的结果分析 30
2.5 声波在板中传播的频域分析 40
2.5.1 谱有限元方法简介 40
2.5.2 基于傅里叶变换的频域分析 43
2.5.3 基于拉普拉斯变换的频域分析 46
第3章 板状结构损伤声发射波束成型定位方法 52
3.1 引言 52
3.2 波束成形基本原理 53
3.2.1 原理简介 53
3.2.2 线性阵列稳定性分析 54
3.3 铝板声发射源定位有限元仿真 56
3.3.1 系统模型与激励模型 56
3.3.2 有限元模型 56
3.3.3 声发射源模型 58
3.3.4 信号处理 59
3.3.5 响应信号叠加 59
3.3.6 希尔伯特变换 60
3.3.7 定位结果 61
3.3.8 算法影响因子分析 62
3.3.9 概率诊断成像 64
3.4 声发射源定位实验验证 68
3.4.1 实验系统和方案 68
3.4.2 铝板源定位实验 70
3.5 钢筒源定位实验 73
3.5.1 钢筒实验方案 73
3.5.2 损伤定位成像 74
3.6 多损伤定位成像 76
第4章 桥梁拉索损伤演化声发射监测及评价方法 77
4.1 引言 77
4.2 钢绞线应力损伤的声发射特征 77
4.2.1 钢绞线应力损伤的声发射监测实验设计方案 78
4.2.2 实验结果与讨论 78
4.3 基于声发射监测数据桥梁拉吊索临界损伤判断与预测 80
4.3.1 钢绞线拉伸损伤声发射过程的分形特征 80
4.3.2 钢绞线损伤演化声发射过程的分形分析 81
4.4 钢绞线损伤演化的声发射特征参数表征 82
4.4.1 声发射累积能量与拉伸变形的关系 82
4.4.2 声发射特征参数表征的钢绞线损伤演化模型 83
4.5 多龄期桥梁拉索疲劳损伤声发射监测 85
4.6 多龄期桥梁钢拉索疲劳损伤实验 85
4.6.1 实验方案与装置 85
4.6.2 疲劳实验结果及其分析 86
4.6.3 多龄期桥梁钢拉索疲劳损伤演化过程分析 87
4.7 多龄期钢拉索各阶段损伤声发射特征波形损伤类型判别 88
4.8 多龄期桥梁钢拉索疲劳断丝信号确定 94
4.8.1 常用故障诊断指标 94
4.8.2 多龄期桥梁钢拉索断丝信号确定及其评价 94
第5章 桥梁拉索腐蚀损伤声发射监测及模式识别 96
5.1 引言 96
5.2 钢绞线的腐蚀断裂实验 96
5.3 钢绞线腐蚀损伤演化机制 97
5.4 桥梁拉索腐蚀损伤声发射源智能识别技术 98
5.5 粒子群算法改进的聚类分析 103
5.6 实验结果与讨论 108
5.6.1 桥梁拉索腐蚀损伤声发射参数分析 108
5.6.2 梁拉索应力腐蚀声发射信号聚类分析 109
5.6.3 基于主成分分析技术的声发射粒子群聚类算法 110
5.6.4 桥梁拉索应力腐蚀损伤源声发射特征参数分析 112
5.7 基于SOFM的声发射信号模式识别 113
5.7.1 SOFM 113
5.7.2 SOFM拓扑结构 113
5.7.3 SOFM竞争学习过程 114
5.7.4 SOFM训练过程 114
5.7.5 SOFM特征映像U矩阵 115
5.8 基于SOFM的模拟损伤数据的可视化聚类 117
5.8.1 实验数据特征提取 117
5.8.2 模拟数据的SOFM数据挖掘分类过程 119
第6章 纤维混凝土损伤演化声发射监测及破坏机理 130
6.1 引言 130
6.2 实验方案 130
6.2.1 试件制备 130
6.2.2 加载设备与方法 131
6.2.3 实验数据采集设备 132
6.3 实验结果与分析 132
6.3.1 PVA纤维混凝土抗弯强度实验分析 132
6.3.2 PVA纤维混凝土三点弯曲荷载作用下声发射特征参数分析 133
6.4 PVA纤维混凝土材料损伤演化过程评价 136
6.4.1 NDIS—2421损伤评价准则 136
6.4.2 裕度指标评价PVA纤维混凝土损伤演化 137
6.4.3 基于声发射事件的强度分析 138
6.5 温度疲劳条件下PVA纤维混凝土声发射特性研究 140
6.6 实验方案 140
6.6.1 试件制备 140
6.6.2 荷载工况 141
6.6.3 声发射信号采集系统 141
6.7 PVA纤维混凝土温度疲劳荷载下声发射信号特征参数分析 141
6.7.1 基于声发射信号特征参数的损伤演化分析 141
6.7.2 基于声发射信号幅值-时间的损伤劣化过程描述 144
6.8 温度疲劳荷载下PVA纤维混凝土损伤劣化过程分析评价 146
6.8.1 裕度指标评价PVA纤维水泥胶砂损伤演化 146
6.8.2 Kurtosis指标评价PVA纤维水泥胶砂损伤演化 147
6.8.3 b值评价PVA纤维水泥胶砂损伤演化 148
第7章 往复荷载下FRP-钢管约束混凝土柱损伤声发射监测 150
7.1 引言 150
7.2 FRP-钢管约束混凝土柱损伤过程分析 150
7.2.1 FRP-钢管约束混凝土柱往复轴压实验 151
7.2.2 FRP-钢管约束混凝土柱低周往复拟静力实验 158
7.3 FRP-钢管约束混凝土柱损伤程度评定 164
7.3.1 FRP-钢管约束混凝土柱往复轴压实验 164
7.3.2 FRP-钢管约束混凝土柱低周往复拟静力实验 167
7.4 FRP-钢管约束混凝土柱损伤模式识别 169
7.4.1 声发射信号聚类分析法 170
7.4.2 FRP-钢管约束混凝土柱往复轴压实验 175
7.4.3 FRP-钢管约束混凝土柱低周往复拟静力实验 179
7.5 FRP-钢管约束混凝土柱损伤信号频谱分析 183
7.5.1 小波变换理论 183
7.5.2 FRP-钢管约束混凝土柱损伤信号小波分析 186
第8章 声发射技术在拱桥吊杆损伤监测中的应用 193
8.1 引言 193
8.2 四川峨边大渡河拱桥工程概况 194
8.3 拱桥吊杆损伤的声发射监测 194
8.4 拱桥吊杆损伤声发射测试方案 195
8.5 声发射测试结果分析与讨论 197
参考文献 215
