一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统，涉及安全生产系统领域。本发明专利技术包括包括贴附于尾砂胶结充填体表面的声发射探头，所述声发射探头依次与前置放大器以及声发射信号处理器连接，所述声发射处理器与PC端信号连接；以实现安全有效的生产，做好充填体的损伤特性的研究并能对充填体的破坏提出准确及时的预判，并量化参数的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统
本专利技术涉及安全生产系统领域，具体的说，是一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统。
技术介绍
固体材料在外力的作用下，内部的缺陷或不均质区会发生应力集中，导致微破裂的产生和扩展，同时累积的应变能也随之以弹性波的形式迅速释放。在能量释放的同时产生应力波，这种现象称为声发射(AcousticEmission，简称AE)声发射检测的原理如图1所示，从声发射源发射的弹性波最终传播到材料的表面，材料表面上的探测器可以将材料的机械振动转换为电信号，然后再被放大、处理和记录。人们通过对观察到的声发射信号进行分析研究，从而了解材料内部产生声发射的机制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统，以实现安全有效的生产，做好充填体的损伤特性的研究并能对充填体的破坏提出准确及时的预判，并量化参数的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统，包括贴附于尾砂胶结充填体表面的声发射探头，所述声发射探头依次与前置放大器以及声发射信号处理器连接，所述声发射处理器与PC端信号连接；所述基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统的基于声发射累积能量的充填体损伤演化预测模型的建模方法包括：步骤一、利用单轴循环加卸载测量尾砂胶结充填体的力学性能，统计所述尾砂胶结充填体的力学性质影响参数以及收集所述尾砂胶结充填体的力学参数；步骤二、将所述尾砂胶结充填体的弹性应变εe、塑性应变εp、总应变ε、变形模量E作为反映所述尾砂胶结充填体内部损伤状态的力学参数；步骤三、基于损伤力学通过所述尾砂胶结充填体单位体积的总能量Er定义弹性应变能Ue：Er＝Ue+Ud步骤四、基于充填体不可逆耗散能定义每个循环的损伤变量D(i)：步骤五、定义累计损伤变量D：步骤六、基于所述步骤三中的弹性应变能Ue以及所述步骤五中的损伤变量D定义所述尾砂胶结充填体的损伤能量释放率Y：步骤七、利用步骤五中的损伤变量D以及所述步骤六中的损伤能量释放率Y，再基于损伤理论演化方程进行拟合，得到材料参数B和n值，进而得到具体的所述尾砂胶结充填体在循环加卸载条件下的损伤演化方程；步骤八、利用不同水灰比x1以及不同灰砂比x2的所述尾砂胶结充填体在单轴循环加卸载条件下损伤变量D和损伤能量释放率Y进行拟合；步骤九、基于步骤三至步骤八的结果，定义所述尾砂胶结充填体参数B的预测模型：B＝k*x1a*x2b步骤十、基于步骤三至步骤八的结果，定义所述尾砂胶结充填体参数n值的预测模型：n＝m*x1c*x2d步骤十一、基于步骤七至步骤十，所述尾砂胶结充填体在循环加卸载条件下的损伤演化方程为：步骤十二、利用声发射检测系统收集所述尾砂胶结充填体的声发射信号，所述声发射信号包括收集的声发射振幅，通过所述声发射振幅采集声发射能量，所述声发射能量值为声发射振幅的平方；步骤十三、基于步骤十二的参数，建立基于所述尾砂胶结充填体的声发射累积能量的损伤演化方程：步骤十四、将每个循环的所述损伤能量释放率Y和声发射累积能量建立关系式：步骤十五、结合步骤十一至步骤十四，在初始声发射累积能量为0以及初始损伤能量释放率Y0为0，物料没有损伤时，得到基于声发射累积能量的尾砂胶结充填体损伤演化预测模型，即再基于所述尾砂胶结充填体损伤演化预测模型采用Python语言进行编程，创建基于声发射能量的充填体损伤检测可视化程序。进一步的，步骤十三中的材料参数p、q分别与步骤七中的材料参数B和n值对应。本专利技术在使用的过程中，具有以下有益效果：根据胶结充填体承受载荷的力学路径，进行循环载荷作用下矿山胶结充填体损伤过程声发射试验，旨在反映工程实际力学路径，利用声发射揭示充填体损伤破坏机理，建立胶结充填体声发射参数、损伤参量和配合比之间的量化关系。为矿山现场胶结充填体承载过程分析及破坏失稳预测提供基础研究依据。基于声发射技术的充填体损伤检测测和计算当前有效应力的可视化系统，为矿山决策者简单、快捷、高效的检测充填体损伤提供指导作用与决策支持。同时，将充填体配比参数(水灰比、灰砂比)考虑到损伤演化模型中，可以适用于各种配比的充填体损伤演化检测，实际应用中更加直观，简便；将声发射技术与损伤演化模型相结合，得到了基于声发射累积能量的充填体损伤演化模型，为矿山现场胶结充填体承载过程分析及破坏失稳检测提供基础研究依据。利用Python语言编写了充填体损伤智能化预测系统可视化程序，该程序主要包含损伤检测、有效应力预测子系统，操作简单，直观，灵活易用，可以对充填体失稳做出及时的预测以及为矿山现场采矿工作的进行提供安全保障。附图说明图1为声发射检测的原理。图2为本专利技术充填体损伤演化预测模型的建模方法的技术路线图。图3为水泥添加量270kg/m3，重量浓度72％试件累计损伤变量循环周次曲线。图4为水泥添加量270kg/m3，重量浓度74％试件累计损伤变量循环周次曲线。图5为水泥添加量270kg/m3，重量浓度76％试件累计损伤变量循环周次曲线。图6为水泥添加量为300kg/m3，材料参数B、n与水灰比的拟合曲线。图7为水泥添加量为270kg/m3，材料参数B、n与水灰比的拟合曲线。图8为水泥添加量为300kg/m3时，材料参数B、n与灰砂比的拟合曲线。图9为水泥添加量为270kg/m3时，材料参数B、n与灰砂比的拟合曲线。其中，1-制备尾砂胶结充填体试样、2-尾砂胶结充填体循环加卸载试验、3-应变、4-尾砂胶结充填体损伤特性、5-尾砂胶结充填体声发射特性、6-弹性模量、7-力学参数、8-应变能与耗散能、9-损伤变量、10-声发射振铃计数、11-尾砂胶结充填体声发射演化规律、12-声发射参数分形特性、13-不同条件下声发射特性、14-加载速率、15-应变幅值、16-变形模量、17-声发射能量、18-损伤演化方程、19-声发射振铃计数分形维数、20-声发射能量分形维数、21-声发射振幅分形维数、22-建立尾砂胶结充填体损伤参量和尾砂胶结充填体配比之间的关系、23-建立基于声发射累积能量的损伤演化方程、24-充填体失稳破坏判据。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统，其特征在于：包括贴附于尾砂胶结充填体表面的声发射探头，所述声发射探头依次与前置放大器以及声发射信号处理器连接，所述声发射处理器与PC端信号连接；/n所述基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统的基于声发射累积能量的充填体损伤演化预测模型的建模方法包括：/n步骤一、利用单轴循环加卸载测量尾砂胶结充填体的力学性能，统计所述尾砂胶结充填体的力学性质影响参数以及收集所述尾砂胶结充填体的力学参数；/n步骤二、将所述尾砂胶结充填体的弹性应变ε

【技术特征摘要】
1.一种基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统，其特征在于：包括贴附于尾砂胶结充填体表面的声发射探头，所述声发射探头依次与前置放大器以及声发射信号处理器连接，所述声发射处理器与PC端信号连接；
所述基于声发射技术的尾砂胶结充填体损伤预测系统的基于声发射累积能量的充填体损伤演化预测模型的建模方法包括：
步骤一、利用单轴循环加卸载测量尾砂胶结充填体的力学性能，统计所述尾砂胶结充填体的力学性质影响参数以及收集所述尾砂胶结充填体的力学参数；
步骤二、将所述尾砂胶结充填体的弹性应变εe、塑性应变εp、总应变ε、变形模量E作为反映所述尾砂胶结充填体内部损伤状态的力学参数；
步骤三、基于损伤力学通过所述尾砂胶结充填体单位体积的总能量Er定义弹性应变能Ue：
Er＝Ue+Ud
步骤四、基于充填体不可逆耗散能定义每个循环的损伤变量D(i)：



步骤五、定义累计损伤变量D：



步骤六、基于所述步骤三中的弹性应变能Ue以及所述步骤五中的损伤变量D定义所述尾砂胶结充填体的损伤能量释放率Y：



步骤七、利用步骤五中的损伤变量D以及所述步骤六中的损伤能量释放率Y，再基于损伤理论演化方程



进行拟合，得到材料参数B和n值，进而得到具体的所述尾砂胶结充填体在循环加卸载条件下的损伤演化方程；
步骤八、利用不同水灰比x1以及不同灰砂比x2的所述尾砂胶结充填体在...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔登攀，张希，杨天雨，陈平，杨元智，段应明，
申请(专利权)人：玉溪矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53