了得網工業技術_基於聲發射技術的混凝土結構損傷性能分析（英文）

內容簡介

本書介紹了聲發射測試技術基本原理，論述了作者近年結合該技術在混凝土微觀開裂模式、本構關繫、構件損傷性能方面的研究成果。將聲發射測試技術與損傷及斷裂力學相結合，開展了繫列試驗及理論研究，建立了普通混凝土及鋼纖維混凝土的單軸受拉損傷本構模型、混凝土構件損傷性能水準和損傷評估模型。

本書可供土木工程、水利工程、交通工程、岩土工程、工程力學等領域的工程師、科學技術人員與高等院校師生參考。

作者簡介

嶽健廣，同濟大學博士，美國加州大學戴維斯分校訪問學者，現為南京工業大學副教授、碩士生導師，主要從事土木工程結構多尺度損傷性能分析及設計理論、鋼—混凝土組合結構、水泥基類材料本構關繫、斷裂與損傷力學方面的研究工作。曾主持國家自然科學基金2項、江蘇省自然科學基金2項、中國博士後科學基金1項、江蘇省高等教育教改研究重點課題1項。發表論文30餘篇、授權專利5項、主編教材1部。

第1章緒論
1.1 聲發射監測技術
1.2 聲發射參數
1.3 聲發射傳感器
2.1 基本原理
2.2 經驗方法
2.3 機器學習方法
2.3.1 基於聲發射的數據集
2.3.2 無標簽數據的聚類算法
2.3.3 數據聚類的超平面算法
參考文獻
3.1 前言
3.1.1 斷裂力學方法
3.1.2 損傷力學方法

第1章緒論
1.1 聲發射監測技術
1.2 聲發射參數
1.3 聲發射傳感器

第2章基於聲發射的微裂縫開裂模式判別方法
2.1 基本原理
2.2 經驗方法
2.3 機器學習方法
2.3.1 基於聲發射的數據集
2.3.2 無標簽數據的聚類算法
2.3.3 數據聚類的超平面算法
參考文獻

第3章混凝土單軸受拉損傷力學行為
3.1 前言
3.1.1 斷裂力學方法
3.1.2 損傷力學方法
3.2 考慮斷裂過程區特性的損傷演化方程
3.2.1 斷裂過程區內的應力分布
3.2.2 損傷演化方程
3.3 試驗方法
3.3.1 材料性能
3.3.2 加載與測試方案
3.4 斷裂力學性能
3.5 聲發射特性
3.5.1 聲發射撞擊率
3.5.2 聲發射計數
3.5.3 聲發射峰頻
3.5.4 聲發射幅值
3.5.5 聲發射能量
3.6 基於聲發射的損傷演化方程
3.6.1 損傷與應變演化之間的關繫
3.6.2 模型對比
3.7 結論
參考文獻

第4章鋼纖維混凝土單軸受拉損傷力學行為
4.1 前言
4.2 鋼纖維混凝土受拉力學機制
4.2.1 纖維-基體耦合機制
4.2.2 塑性損傷本構模型
4.3 試驗方法
4.3.1 材料性能
4.3.2 加載與測試方案
4.4 斷裂過程
4.5 纖維影響分析
4.6 微裂縫開裂判別
4.7 基於聲發射的損傷演化方程
4.7.1 損傷因子的擬合表達式
4.7.2 應力-應變曲線對比
4.7.3 P-CMOD曲線對比
4.8 結論
參考文獻

第5章低周反復作用下RC柱的損傷力學性能
5.1 前言
5.2 試驗方法
5.2.1 試驗模型與聲發射監測
5.2.2 加載制度
5.3 破壞過程
5.4 聲發射特性
5.5 聲發射能量與滯回耗能之間的關繫
5.6 基於聲發射的損傷評估模型
5.7 結論
參考文獻

第6章彎曲型RC框架梁-柱邊節點損傷力學性能
6.1 前言
6.2 試驗方法
6.2.1 加載方案
6.2.2 聲發射監測
6.3 破壞過程
6.4 基於聲發射的損傷性能水準
6.5 損傷臨界狀態判別準則分析
6.6 數值模擬
6.6.1
6.6.2 材料本構模型
6.6.3 模型標定
6.7 損傷性能水準的量化
6.7.1 損傷評估模型
6.7.2基於概率統計的臨界狀態損傷值
6.8 結論
參考文獻

第7章低周反復作用下型鋼混凝土柱的損傷力學性能
7.1 前言
7.2 試驗方法與結果
7.2.1 試件破壞結果
7.2.2 截面應變分析
7.2.3 基於聲發射的性能水準
7.3 臨界狀態應變分析
7.3.1 縱筋屈曲
7.3.2 型鋼翼緣屈服
7.3.3 型鋼翼緣局部屈曲
7.4 數值模擬
7.4.1 材料本構模型
7.4.2 模型標定
7.5 損傷性能水準的量化
7.5.1 損傷評估模型
7.5.2 基於概率統計的臨界狀態損傷值
7.6 結論
參考文獻

第8章軸壓作用下方鋼管混凝土柱損傷演化與聲發射特性
8.1 前言
8.2 試驗方法
8.3 破壞過程
8.4 聲發射特性
8.5 聲發射能量與波的強度
8.6 損傷演化及鋼管屈曲
8.7 結論
參考文獻

前言

損傷力學在土木工程中的應用與發展，衍生出混凝土損傷本構理論及基於損傷性能設計理論，二者為科學反映混凝土非線性力學行為和精細評價結構性能提供了有力的理論支撐，積極推動了高性能混凝土材料與高性能混凝土結構的研究、應用和發展。為了進一步客觀認識材料微觀和結構宏觀破壞與損傷力學模型之間的本質關繫，作者結合聲發射無損監測技術開展了繫列試驗及理論研究，將相關研究成果總結為本書。
本書結合損傷力學基本原理，重點論述了聲發射監測結果與宏微觀損傷之間的內在聯繫。其中，第1章為緒論，簡要介紹聲發射監測技術的基本原理。第2章論述了利用聲發射判別微裂縫開裂模式的方法。第3～4章論述了結合聲發射技術開展的普通混凝土、鋼纖維混凝土單軸受拉損傷本構關繫的試驗研究。第5～8章論述了結合聲發射技術開展的RC混凝土柱、RC框架梁-柱節點、型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱損傷性能的試驗研究。通過這些內容，以期為讀者呈現關於混凝土損傷力學試驗的研究進展。
本書的研究工作，先後得到了江蘇省自然科學基金（BK20130944）、中國博士後科學基金（2016M591836）、國家自然科學基金（51308286、51778284）等的支持，作者對上述支持表示誠摯的感謝。
在研究過程中，作者課題組研究生做出了自己的貢獻，他們是張棋、鎮東、仝菲菲、趙譞、錢存鵬、華傑、夏月飛、王雅寧、方華等，在此向這些研究生表示由衷的感謝。

損傷力學在土木工程中的應用與發展，衍生出混凝土損傷本構理論及基於損傷性能設計理論，二者為科學反映混凝土非線性力學行為和精細評價結構性能提供了有力的理論支撐，積極推動了高性能混凝土材料與高性能混凝土結構的研究、應用和發展。為了進一步客觀認識材料微觀和結構宏觀破壞與損傷力學模型之間的本質關繫，作者結合聲發射無損監測技術開展了繫列試驗及理論研究，將相關研究成果總結為本書。
本書結合損傷力學基本原理，重點論述了聲發射監測結果與宏微觀損傷之間的內在聯繫。其中，第1章為緒論，簡要介紹聲發射監測技術的基本原理。第2章論述了利用聲發射判別微裂縫開裂模式的方法。第3～4章論述了結合聲發射技術開展的普通混凝土、鋼纖維混凝土單軸受拉損傷本構關繫的試驗研究。第5～8章論述了結合聲發射技術開展的RC混凝土柱、RC框架梁-柱節點、型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱損傷性能的試驗研究。通過這些內容，以期為讀者呈現關於混凝土損傷力學試驗的研究進展。

本書的研究工作，先後得到了江蘇省自然科學基金（BK20130944）、中國博士後科學基金（2016M591836）、國家自然科學基金（51308286、51778284）等的支持，作者對上述支持表示誠摯的感謝。
在研究過程中，作者課題組研究生做出了自己的貢獻，他們是張棋、鎮東、仝菲菲、趙譞、錢存鵬、華傑、夏月飛、王雅寧、方華等，在此向這些研究生表示由衷的感謝。
本書內容在試驗研究的基礎上，利用聲發射監測結果反映混凝土材料與結構的宏微觀損傷物理機制，由於問題的復雜性和作者學術水平有限，對一些問題的理解還不夠深入。因此，書中難免存在疏漏、缺陷，真摯期待同行專家和讀者批評指正。

在線試讀

Chapter 1 Introduction
1.1 Acoustic emission monitoring technique
To detect the damage of materials (i.e. metals, ceramics, composites, rocks and concrete) in members or structures, some non-destructive techniques, e.g. the laser speckle technique [1], the ultrasonic probing technique [2], the X-ray CT method [3] and the Acoustic Emission (AE) technique [4], have been widely used in Civil Engineering. Among these monitoring methods, the AE technique is a very powerful way to monitor the strain energy release due to propagation of stress waves caused by micro-cracking inside the material [5] for at least a century. In 1920, Abram Joffe observed the noise generated by deformation process of Salt and Zinc crystals. In 1948, Warren P. Mason and H. J. McSkimin et al. suggested measuring AE to observe the moving dislocations by means of the stress waves. In 1950, Josef Kaiser used tensile tests to determine the characteristics of AE in engineering materials. In 1969, Dunegan founded the first company that specializes in the production of AE equipment.
Acoustic Emission (AE) technique captures the elastic stress waves coming from material damage sources, such as the micro-crack initiation and propagation, crushing, interface friction, fiber breaking etc., then converts them into electrical signals with the aid of piezoelectric transducers placed on the surface of the members or structures. Acoustic Emission can be defined as a transient elastic wave generated by the rapid release of energy within a material.
As shown in Fig. 1-1, an electric circuit of AE measurement consists of a sensor, a preamplifier, a filter, a main amplifier, a cable and a detector. The AE event is a single dynamic process releasing elastic energy. The local process producing AE event is called the AE source. The electrical signal detected at the output pf the transducer is termed the AE signal.

Chapter 1 Introduction
1.1 Acoustic emission monitoring technique
To detect the damage of materials (i.e. metals, ceramics, composites, rocks and concrete) in members or structures, some non-destructive techniques, e.g. the laser speckle technique [1], the ultrasonic probing technique [2], the X-ray CT method [3] and the Acoustic Emission (AE) technique [4], have been widely used in Civil Engineering. Among these monitoring methods, the AE technique is a very powerful way to monitor the strain energy release due to propagation of stress waves caused by micro-cracking inside the material [5] for at least a century. In 1920, Abram Joffe observed the noise generated by deformation process of Salt and Zinc crystals. In 1948, Warren P. Mason and H. J. McSkimin et al. suggested measuring AE to observe the moving dislocations by means of the stress waves. In 1950, Josef Kaiser used tensile tests to determine the characteristics of AE in engineering materials. In 1969, Dunegan founded the first company that specializes in the production of AE equipment.
Acoustic Emission (AE) technique captures the elastic stress waves coming from material damage sources, such as the micro-crack initiation and propagation, crushing, interface friction, fiber breaking etc., then converts them into electrical signals with the aid of piezoelectric transducers placed on the surface of the members or structures. Acoustic Emission can be defined as a transient elastic wave generated by the rapid release of energy within a material.
As shown in Fig. 1-1, an electric circuit of AE measurement consists of a sensor, a preamplifier, a filter, a main amplifier, a cable and a detector. The AE event is a single dynamic process releasing elastic energy. The local process producing AE event is called the AE source. The electrical signal detected at the output pf the transducer is termed the AE signal.
AE technique can be used to the member or structure which is under normal, service conditions or during loading over a long time. For the frequencies range of commonly used for AE monitoring, the AE sensors can detect the signal for surface movements of or less, a thousand times smaller than the size of an atom. Wave motions are defined on the basis of orientations of particles motions and directions of propagations. Being similar to the earthquake motions, AE waves consist the following waves (Fig. 1-2): (1) Longitudinal wave (Primary wave). It propagates through all media and is the fastest of elastic waves. In this case, particles vibrate along the direction in which the wave propagates. (2) Transverse wave (Secondary wave). It can propagate through solids but not through liquids and gases. In this case, particles vibrate perpendicular to the direction in which the wave propagates. (3) Other waves. Longitudinal and transverse waves are always generated and propagate in solid. While, other waves, i.e. surface and plate waves are generalized in solid following the longitudinal and transverse waves arriving at the surface.

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