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原文传递基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法

专利名称：	基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法
摘要：	本发明公开了一种基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，利用声发射技术监测混凝土微观裂缝出现至断裂过程区完全形成的过程中所释放应变能的变化，以此反映混凝土受拉应力‑应变全曲线所对应的材料损伤演化过程，通过拟合实验数据，得到了单轴受拉损伤演化方程的函数表达式。该模型能够可靠地预测混凝土单轴受拉时应力‑应变曲线中的强化段、软化段以及加卸载作用下刚度的退化。本发明方法对于开展混凝土本构理论及其试验研究具有重要的应用价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京工业大学
发明人：	岳健广
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910499134.5
公开号：	CN110220980A
代理机构：	南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	徐激波
分类号：	G01N29/14(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	210000 江苏省南京市浦口区浦珠南路30号8020信箱32分箱
主权项：	1.一种基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：包括以下步骤： (1)开展混凝土梁三点弯断裂试验，试验测得初始裂缝萌生，荷载P＝Pini，至宏观裂缝出现，荷载P＝Pmax，由此确定断裂过程区从出现至完全形成的完整过程，Pini为微观裂缝萌生临界荷载，Pmax为最大荷载； (2)利用数字散斑应变测试仪和声发射测试仪，分别监测初始缺口尖端应变的发展和断裂过程区应变能的释放； (3)以断裂过程区从出现至完全形成所释放应变能的变化定义单轴受拉损伤因子dt为：式中，Π(εt)和Π分别是与初始缺口尖端的受拉应变ε和ε＝∞相对应的断裂过程区内释放的单位面积应变能，gt(εt)和gt分别是应变从零到εt和从零到∞释放的单位体积应变能，x是断裂过程区内计算点至初始缺口边缘的距离，lf是断裂过程区长度，lf(x)是当初始尖端受拉应变为ε时的断裂过程区的长度； (4)根据监测的声发射能量，得到断裂过程区应变能释放的变化过程，由此确定混凝土受拉损伤演化方程的声发射参数形式：式中，表示从初始加载到加载时间为t时的累积声发射能量；是断裂过程区从出现至完全形成释放的累积声发射能量； (5)根据监测的初始缺口尖端应变，得到相应的非线性应变为： (6)由上述监测结果，拟合dt和之间的函数表达式，根据试验数据的变化特征，其数学表达式取为：式中，β为材料参数，通过对试验数据拟合得到。 2.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(1)中在混凝土梁三点弯试验中，当0＜P＜Pini时，材料未发生损伤；当Pini≤P＜Pmax时，初始缺口尖端形成微裂缝区并逐渐扩展；随着加载增大，初始缺口尖端应力达到混凝土抗拉强度时桥接区产生，断裂过程区形成并开始稳定扩展；当Pmax＝P，完整的断裂过程区形成并开始不稳定扩展，宏观裂缝产生；Pmax通过试验结果确定，依据断裂力学原理Pini根据下式确定：式中，Pini为微观裂缝萌生临界荷载，Pmax为最大荷载；分别为起裂韧度、粘聚韧度、失稳韧度。 3.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(2)中在混凝土梁三点弯试验中，随着微裂缝的产生、扩展，断裂过程区内材料释放的应变能利用声发射测试仪进行监测。 4.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(3)中从P＝0到P＝Pmax的加载阶段，初始缺口尖端应力从σ＝0增加至σ＝ft然后减小到σ＝0，对应的应变从ε＝0增加到极限拉应变即ε＝εtu，此应力-应变关系与单轴受拉应力-应变关系一致；在此过程中，断裂过程区内应变能释放的变化，反映了单轴受拉应变从ε＝0增加到ε＝εtu过程中材料损伤的演化。 5.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(4)中相应于初始缺口尖端应变从ε＝0增加到ε＝εtu，完整的断裂过程区逐渐形成；在此过程中，监测到从初始状态到加载时间t所释放的应变能对应于累积声发射能量监测到从初始状态到完整的断裂过程区形成所释放的应变能对应于累积声发射能量 6.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(5)中，初始缺口尖端的拉应力，根据断裂力学原理按照下式进行计算：式中，σ(w)、ft分别为初始缺口尖端的拉应力和混凝土抗拉强度；E0为混凝土弹性模量；w为初始缺口尖端的张口位移，wc为最大张口位移；CMOD为初始缺口边缘的张口位移、CMODc为当荷载达到Pmax时初始缺口边缘的张口位移；a、a0分别为真实裂缝尖端至初始缺口边缘的距离和初始缺口的深度；H0、D、B分别为刀口厚度、试件截面高度和宽度；c1、c2为材料参数。 7.根据权利要求1所述的基于声发射技术测量混凝土单轴受拉损伤演化方程的试验方法，其特征在于：所述步骤(6)中以非线性应变εin作为材料损伤演化方程的内变量，以受拉峰值应变εt0反映材料强度对损伤演化的影响，根据实验测得dt和之间成指数对应关系。
所属类别：	发明专利