基于声发射识别沥青混凝土断裂过程及量化微裂纹的方法技术

本发明专利技术提供一种基于声发射识别沥青混凝土断裂过程及量化微裂纹的方法，其包括以下步骤：确定声发射信号参数，统计不同级配沥青混凝土断裂过程中力‑位移、声发射信号参数及表面裂纹图片数据，通过对各数据的分析，将沥青混凝土断裂过程分为弹性阶段、损伤累积阶段和裂纹扩展阶段并得到各阶段阈值，根据声发射信号参数与阈值的关系识别沥青混凝土的断裂过程；还构建了声发射能量‑微裂纹模型，根据模型得出不同级配沥青混凝土微裂纹情况判断表达式；根据表达式计算得到沥青混凝土的微裂纹密度，使沥青混凝土的微裂纹得到直观量化。本发明专利技术能够根据声发射振铃计数及能量对不同级配沥青混凝土断裂过程及断裂产生的微裂纹进行实时检测，工程适用性强。

【技术实现步骤摘要】
基于声发射识别沥青混凝土断裂过程及量化微裂纹的方法
本专利技术属于无损检测
，具体地涉及一种基于声发射识别沥青混凝土断裂过程及量化微裂纹的方法。
技术介绍
沥青混凝土由于行车舒适、维修方便等特点被广泛应用于道路领域。沥青混凝土道路在使用过程中，受到载荷以及环境作用，表面会出现微裂纹随着其进一步扩展会影响到行车安全以及带来昂贵的维修费用。因此对道路裂纹进行检测识别十分重要，但是传统目视检测需要耗费大量人工费、可靠度不高并且不具有实时检测性。因此，开发能够准确识别并实监测沥青混凝土断裂过程以及微裂纹的方法就十分重要。声发射是信号由于材料产生裂纹时释放的能量产生瞬态弹性波的形式，因为其具有实时性、对缺陷敏感等特点被广泛应用于无损检测领域。当前基于声发射技术对沥青混凝土的监测主要集中在低温开裂温度、宏观裂纹的监测以及走向预测，但是并没有对沥青混凝土断裂过程识别以及对微裂纹的检测识别，而及早识别微裂纹对于减少维修费用以及延长道路使用寿命具有重要意义。因此对于实际使用中基于声发射技术的沥青混凝土道路微裂纹的实时检测需要相应的方法研究。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术将基于声发射技术，建立了三点弯曲作用下沥青混凝土断裂过程划分以及微裂纹定量识别的方法。根据声发射信号参数，主要是振铃计数和累积能量在混凝土断裂过程中的变化情况，分析得出沥青混凝土断裂过程，并根据沥青混凝土表面出现微裂纹时的信号参数量化微裂纹的大小。该方法模拟了沥青混凝土在实际使用中受压的力学变化情况，通过对记录弯曲过程中声发射信号参数的变化进行分析，从而对沥青混凝土断裂过程进行划分以及量化识别微裂纹。本专利技术的一种基于声发射识别沥青混凝土断裂过程的方法，其特征在于：其包括以下步骤：S1、确定声发射信号参数；通过对不同级配沥青混凝土弯曲断裂失效过程分析，确定声发射信号参数为：振幅、振铃计数、能量、持续时间和上升时间；所述能量为声发射时间信号，包络线下的面积，反映声发射事件的强度，其表达式为：其中，E为能量，V(t)为记录的电压，t为声发射信号持续时间；所述不同级配沥青混凝土包括沥青混凝土路面所使用的第一型沥青混凝土、第二型沥青混凝土和第三型沥青混凝土；S2、统计不同级配沥青混凝土受压下断裂过程中的力-位移数据、声发射信号参数数据以及显微镜观察表面裂纹图片数据；S3、通过对所述步骤S2中数据的分析，将沥青混凝土断裂过程分为：弹性阶段、损伤累积阶段和裂纹扩展阶段；S4、根据声发射信号参数识别沥青混凝土断裂过程，其包括以下步骤，S41、选取声发射信号参数数据中的关键数据；通过对沥青混凝土弯曲断裂过程中力学性能以及声发射信号参数数据的变化情况，确定与沥青混凝土断裂过程有较强相关性的声发射信号关键数据为振铃计数和能量；S42、确定沥青混凝土断裂过程不同阶段的声发射信号关键数据的阶段阈值；通过统计不同级配沥青混凝土断裂过程中声发射累积振铃计数与累积能量，得出不同级配沥青混凝土断裂过程在不同阶段的声发射信号关键数据的阶段阈值，分别为累积振铃计数阶段阈值Wi或累积能量阶段阈值Ei，其中i为沥青混凝土的级配，i＝1,2,3；所述第一型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积振铃计数阶段阈值W1为：弹性阶段的累积振铃计数范围为：W1＝0；损伤累积阶段的累积振铃计数范围为：0<W1≤178；裂纹扩展阶段的累积振铃计数范围为：W1>178；所述第二型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积振铃计数阶段阈值W2为：弹性阶段的累积振铃计数范围为：W2＝0；损伤累积阶段的累积振铃计数范围为：0<W2≤186；裂纹扩展阶段的累积振铃计数范围为：W2>186；所述第三型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积振铃计数阶段阈值W3为：弹性阶段的累积振铃计数范围为：W3＝0；损伤累积阶段的累积振铃计数范围为：0<W3≤224；裂纹扩展阶段的累积振铃计数范围为：W3>224；所述第一型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积能量阶段阈值E1为：弹性阶段的累积能量范围为：E1＝0；损伤累积阶段的累积能量范围为：0<E1≤0.0138；裂纹扩展阶段的累积能量范围为：E1>0.0138；所述第二型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积能量阶段阈值E2为：弹性阶段的累积能量范围为：E2＝0；损伤累积阶段的累积能量范围为：0<E2≤0.0176；裂纹扩展阶段的累积能量范围为：E2>0.0176；所述第三型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积能量阶段阈值E3为：弹性阶段的累积能量范围为：E3＝0；损伤累积阶段的累积能量范围为：0<E3≤0.0238；裂纹扩展阶段的累积能量范围为：E3>0.0238；S43、统计待识别沥青混凝土的声发射信号关键数据；以及S44、将统计得到的声发射信号关键数据与阶段阈值进行比较，确定待识别沥青混凝土的断裂过程。优选地，所述S3中所述弹性阶段是指载荷随着位移线性增加，在这期间内部没有损伤以及裂纹出现，没有声发射信号产生。优选地，所述S3中损伤累积阶段是指从声发射信号首次出现到微裂纹开始出现截至，在损伤累积阶段，内部损伤的出现会导致声发射信号产生，并且声发射累积振铃计数持续增加。优选地，所述S3中裂纹扩展阶段是指声发射信号随着裂纹的扩展持续增加，累积振铃计数逐渐增多，也会出现突然的激增，最终趋于稳定。优选地，所述振铃次数为越过门槛信号的振荡次数。一种基于声发射识别及量化微裂纹的方法，其包括以下步骤；P1、构建声发射能量-微裂纹模型；根据沥青混凝土不同级配中的混合料公称最大粒径、空隙率及声发射能量，构建声发射能量-微裂纹模型，模型如下：其中，a为微裂纹密度，E为累积能量，bi为沥青混凝土不同级配中的混合料公称最大粒径，ci为沥青混凝土不同级配中的混合料空隙率，i为沥青混凝土的级配型号，i＝1,2,3；b1、c1对应第一型沥青混凝土材料系数；b2、c2对应第二型沥青混凝土材料系数；b3、c3对应第三型沥青混凝土材料系数；P2、根据构建的声发射能量-微裂纹模型，推导得出不同级配沥青混凝土微裂纹情况判断表达式(3)；将各级配沥青混凝土微裂纹密度与出现微裂纹前声发射累积能量进行拟合，推导得出各级配沥青混凝土微裂纹情况判断表达式，即声发射累积能量与微裂纹密度关系式，表示为：第一型:a＝5.5022E1.2864第二型:a＝0.2223E0.3598第三型:a＝0.9079E0.9032(4)；P3、根据所述表达式(1)统计计算待识别沥青混凝土的声发射信号的累积能量数据；P4、确定待识别沥青混凝土的级配类型；P5、将累积能量数据代入相应级配类型的声发射能量-微裂纹模型，计算得到沥青混凝土的微裂纹密度，使沥青混凝土的微裂纹得到量化。本专利技术具有以下有益效果：<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声发射识别沥青混凝土断裂过程的方法，其特征在于，其包括以下步骤：/nS1、确定声发射信号参数；/n通过对不同级配沥青混凝土弯曲断裂失效过程分析，确定声发射信号参数为：振幅、振铃计数、能量、持续时间和上升时间；所述能量为声发射时间信号，包络线下的面积，反映声发射事件的强度，其表达式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于声发射识别沥青混凝土断裂过程的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、确定声发射信号参数；
通过对不同级配沥青混凝土弯曲断裂失效过程分析，确定声发射信号参数为：振幅、振铃计数、能量、持续时间和上升时间；所述能量为声发射时间信号，包络线下的面积，反映声发射事件的强度，其表达式为：



其中，E为能量，V(t)为记录的电压，t为声发射信号持续时间；
所述不同级配沥青混凝土包括沥青混凝土路面所使用的第一型沥青混凝土、第二型沥青混凝土和第三型沥青混凝土；
S2、统计不同级配沥青混凝土受压下断裂过程中的力-位移数据、声发射信号参数数据以及显微镜观察表面裂纹图片数据；
S3、通过对所述步骤S2中数据的分析，将沥青混凝土断裂过程分为：弹性阶段、损伤累积阶段和裂纹扩展阶段；
S4、根据声发射信号参数识别沥青混凝土断裂过程，其包括以下步骤，
S41、选取声发射信号参数数据中的关键数据；
通过对沥青混凝土弯曲断裂过程中力学性能以及声发射信号参数数据的变化情况，确定与沥青混凝土断裂过程有较强相关性的声发射信号关键数据为振铃计数和能量；
S42、确定沥青混凝土断裂过程不同阶段的声发射信号关键数据的阶段阈值；
通过统计不同级配沥青混凝土断裂过程中声发射累积振铃计数与累积能量，得出不同级配沥青混凝土断裂过程在不同阶段的声发射信号关键数据的阶段阈值，分别为累积振铃计数阶段阈值Wi或累积能量阶段阈值Ei，其中i为沥青混凝土的级配，i＝1，2，3；
所述第一型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积振铃计数阶段阈值W1为：弹性阶段的累积振铃计数范围为：W1＝0；损伤累积阶段的累积振铃计数范围为：0＜W1≤178；裂纹扩展阶段的累积振铃计数范围为：W1＞178；
所述第二型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积振铃计数阶段阈值W2为：弹性阶段的累积振铃计数范围为：W2＝0；损伤累积阶段的累积振铃计数范围为：0＜W2≤186；裂纹扩展阶段的累积振铃计数范围为：W2＞186；
所述第三型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积振铃计数阶段阈值W3为：弹性阶段的累积振铃计数范围为：W3＝0；损伤累积阶段的累积振铃计数范围为：0＜W3≤224；裂纹扩展阶段的累积振铃计数范围为：W3＞224；
所述第一型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积能量阶段阈值E1为：弹性阶段的累积能量范围为：E1＝0；损伤累积阶段的累积能量范围为：0＜E1≤0.0138；裂纹扩展阶段的累积能量范围为：E1＞0.0138；
所述第二型沥青混凝土声发射信号关键数据的累积能量阶段阈值E2为：弹性阶段的累积能量范围为：E2＝0；损伤累积阶段的累积能量范围为：0＜E2≤0.0176；裂纹扩展阶段的累积能量范围为：E2＞0.0176；
所述第三型沥青混...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晶靖，李峰，王海旭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11