Акустико-эмиссионный способ определения уровня напряжений в железобетонных конструкциях Советский патент 1992 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля физико-механических характеристик материалов методам акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для контроля напряженного со- стояния в железобетонных конструкциях.

Известен акустико-эмиссионный способ определения величины напряжений в железобетонных конструкциях, заключающийся в том, что нагружают конструкцию, принимают возникающие при этом сигналы акустической эмиссии, измеряют параметры принятых сигналов, с учетом которых определяют величину напряжений в контролируемой конструкции.

Наиболее близким к изобретению является акустико-эмиссионный способ определения уровня напряжений в железобетонных конструкциях, заключающийся в том, что в заданных зонах конструкции осуществляют динамическое локальное воздействие тарированной нагрузкой, величина которой превышает предел прочности материала конструкции, принимают возникающие при этом сигналы акустической эмиссии, измеряют медианную частоту сигналов акустической эмиссии в интервале времени с начала локального воздействия до достижения порогового значения эмиссии, с учетом которой определяют уровень напряжений в конструкции.

Однако этот способ не позволяет точно и достоверно определять уровень напряжений в конструкциях, так как выбранный для

xi XJ

00

о XI VI

измерения параметр (медианная частота сигналов АЭ) является необходимым, но недостаточным условием для однозначной оценки уровня напряжения в реальной конструкции.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в акустико-эмиссионном способе определе-1 ния уровня напряжений в железобетонных конструкциях, заключающемся в том. что в заданных зонах конструкции осуществляют динамическое локальное воздействие тарированной нагрузкой, величина которой превышает предел прочности материала конструкции, принимают возникающие при этом сигналы акустической эмиссии, измеряют медианную частоту сигналов акустической эмиссии в интервале времени с начала каждого локального воздействия до достижения порогового значения эмиссии, с учетом которой определяют уровень напряжений в конструкции, после каждого локального воздействия дополнительно измеряют среднюю энергию сигналов акустической эмиссии, определяют дисперсию, математическое ожидание и коэффициент корреляции измеренных параметров, а уровень напряжений в конструкции определяют по предварительно установленной для образцов из материала конструкции зависимости изменения дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции величин средних энергий и медианных частот от уровня напряжений.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что для образцов из материала конструкции в координатах средняя энергия - медианная частота - уровень напряжений устанавливают зависимость изменения эллипса рассеяния и его положения по дисперсии, математическому ожиданию и коэффициенту корреляции, ту же зависимость устанавливают для материала конструкции, а уровень напряжения в конструкции определяют подбором такого эллипса рассеяния на зависимости для образцов материала конструкции, который по размеру и положению в пространстве совпадает с эллипсом рассеяния исследуемой конструкции.

На фиг. 1 показана трехмерная тариро- вочная зависимость изменения размера эллипса и его положения рассеяния величин средних энергий и медианных частот от изменения уровня напряжений; на фиг. 2 - эллипсы рассеяния в прямоугольных координатах средняя энергия - медианная частота, соответствующие различным уровням напряжения и полученные при испытании образцов железобетона конструкции.

Сущность акустико-эмиссионного способа определения уровней напряжений в железобетонных конструкциях заключается в следующем. В результате экспериментов

установлено, что с увеличением напряжения в конструкции изменяется не только медианная частота и средняя энергия сигналов АЭ, возникающих в результате локального воздействия в зоне контроля, но и

0 возрастает дисперсия величин средних энергий и медианных частот, а также изменяется величина математического ожидания и коэффициента корреляции между величинами средней энергии и медианной

5 частоты принятых сигналов АЭ. Поэтому, если предварительно на образцах бетона установить тарировочную зависимость уровня напряжения от дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции ве0 личин средних энергий и медианных частот сигналов АЭ, возникающих в результате динамического локального тарировочного воздействия, то появляется возможность точно и достоверно определять величину напря5 жения в зоне контроля конструкции, после локального динамического воздействия на нее и измерения вышеуказанных параметров. В качестве такой тарировочной зависимости может быть использована

0 трехмерная фигура (фиг. 1), построенная в прямоугольных координатах напряжение - средняя энергия - медианная частота в результате испытания образцов.

Каждому уровню напряжения на этой

5 фигуре соответствует совершенно конкретный эллипс рассеяния величин средних энергий и медианных частот, размер которого характеризует дисперсию измеренных величин, положение центра эллипса харак0 теризует математическое ожидание, а угол поворота осей эллипса относительно прямоугольных координат средняя энергия - медианная частота характеризует коэффициент корреляции между измеренными па5 раметрами принятых сигналов АЭ.

Уровень напряжений в зоне контроля конструкции можно определять по данной тарировочной зависимости путем подбора на этой фигуре такого эллипса рассеяния,

0 который по размеру и положению в пространство совпадают с эллипсом рассеяния исследуемой конструкции. При этом площадь Зсеч пересечения его с эллипсом рассеяния, полученным в зоне контроля

5 конструкции максимально близка к величине, равной 1 /2 (Siap + SKOH), где STap - площадь эллипса рассеяния на тарировочной зависимости; SKOH - площадь эллипса рассеяния, полученного в зоне контроля конструкции. Установлено, что при этом условии

величина дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции измеряемых в зоне контроля конструкции параметров АЭ, наиболее близки к величине дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции тех же параметров АЭ, полученных при испытаниях образцов бетона. То есть выполнение этого условия позволяет по тарировочной зависимости достоверно и точно определять величину напряжения в зоне контроля конструкции.

Акустико-эмиссионный способ определения уровня напряжений в железобетонных конструкциях осуществляется следующим образом. Предварительно проводят испытания образцов бетона конструкции. Для этого кубические образцы подвергают статическому сжатию с заданным шагом нагружения не менее 10 раз, воздействуют на образец при каждом шаге статического нагружения локальной динамической нагрузкой (например, выстрелом дюбеля) тарированной величины и каждый раз измеряют значения медианной частоты и средней энергии возникающих сигналов АЭ. По полученным параметрам АЭ для каждого шага статического нагружения с помощью известных формул определяют величину дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции величин средних энергий и медианных частот сигналов АЭ. На основании полученных данных строятся соответствующие каждому шагу статической нагрузки эллипсы рассеяния средних энергий и медианных частот в трехмерном пространстве признаков статическая нагрузка - средняя энергия - медианная частота (фиг. 1). Полученная трехмерная фигура является тарировочной зависимостью изменения дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции от изменения величины статической нагрузки.

Затем проводят.испытания реальной железобетонной конструкции, находящейся в напряженном состоянии. Для этого в зоне контроля конструкции производят заданное число локальных динамических воздействий тарированной величины (например, выстрелом дюбеля) и каждый раз измеряют величины средних энергий и медианных частот возникающих сигналов АЭ. По полученным данным определяют величины дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции средних энергий и медианных частот, с помощью которых строят эллипс рассеяния указанных параметров АЭ.

Далее на тарировочной зависимости подбирают такой эллипс рассеяния, который наиболее близок по размерам и положению в пространстве вышеуказанных

признаков к эллипсу рассеяния, полученному в реальной конструкции. Для этого сравнивают площади эллипса рассеяния тарировочной зависимости с площадью эллипса рассеяния, полученного в зоне контроля конструкции. Истинное напряжение в конструкции определяют по такому оллип- су рассеяния тарировочной зависимости площадь 8сеч пересечения которого с эллипсом рассеяния, полученным в конструкции, стремится к величине, равной

1 /2 (Зтар + SKOH.).

Формула изобретения

1.Акустике эмиссионный способ опре- деленияуровня напряжений в железобетонных конструкциях, заключающийся в том. что в заданных зонах конструкции осуществляют динамическое локальное воздействие тарированной нагрузкой, величина

которой превышает предел прочности материала конструкции, принимают возникающие при этом сигналы акустической эмиссии, измеряют медианную частоту сигналов акустической эмиссии в интервале

времени с начала докального воздействия до достижения порогового значения эмиссии, с учетом которой определяют уровень напряжения в конструкции, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности и достоверности контроля, после каждого локального воздействия дополнительно измеряют среднюю энергию сигналов акустической эмиссии, определяют дисперсию, математическое ожидание и коэффициент корреляции измеренных параметров, а уровень напряжений в конструкции определяют по предварительно установленной для образцов из материала конструкции зависимости изменения

дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции величин средних энергий и медианных частот от уровня напряжений.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что для образцов из материала конструкции в координатах средняя энергия - медианная частота - уровень напряжений устанавливают зависимость изменения эллипса рассеяния и его положения по дисперсик, математическому ожиданию и коэффициенту корреляции, ту же зависимость устанавливают для материала конструкции, а уровень напряжения в конструкции определяют подбором такого эллипса рассеяния на зависимости для образцов материала конструкции, который по падает с эллипсом рассеяния исследуемой размеру и положению в пространстве сов- конструкции.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля физико-механических характеристик материалов методом акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для контроля напряженного состояния в железобетонных конструкциях. Цель изобретения - повышение точности и достоверности контроля. В заданной точке контроля конструкции осуществляют локальные динамические тарированные воздействия, принимают после каждого воздействия сигналы АЭ, измеряют величины средних энергий и медианных частот принятых сигналов АЭ,.по полученным параметрам определяют дисперсию, математическое ожидание и коэффициент корреляции средних энергий и медианных частот, а уровень напряжений в конструкции определяют по предварительно полученной на образцах бетона тарировочной зависимости изменения дисперсии, математического ожидания и коэффициента корреляции средних энергий и медианных частот от изменения уровня напряжений. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. СП С

f/fMUH

f/fw/л

2

Фиг.2

Составитель С. Волков Техред М.Моргентал

Е/Јмин

мин

Корректор Н. Милюкова