利用声发射测试断裂能

    引言：

    为了更好的量化和监控木材的失效机制，在使用声频波形记录系统监控失效时，我们采用了无瑕木作为样本。我们集中研究了沿着顺纹的模式 I、模式 II 及混合模式的断裂，但本文只介绍模式 I 的结果。研究目的是通过分析声发射的波形来区分不同的能量释放机制。假如一部分由断裂散发的能量应该被声发射监控系统检测，不予考虑由物质衰减引起的声频信号传递的变化，那么声发射传感器接收到的能量分布应该与断裂释放的断裂能的分布形成函数关系，我们的目标就是测试标准的断裂实验中的声频能量分布，并以此作为材料方面区别不同的断裂机制的参考。为了实验上述这个过程，我们收集了一批含水量不同的，顺纹清晰的木材标本，通过改变含水量，我们可以改变木材的断裂韧性，而断裂韧性的变化就形成自变量，检测得到的声频发射能量就成为因变量。

    实验步骤

    我们的实验步骤总结如下： 首先切割一批顺纹清晰地铁杉样本并使之具有不同的含水量。其次，沿着顺纹刻上 7 厘米的标记以

    模式 I 双悬臂结构，样本上安装了八个一组的声发射传感器 . 这些传感器又被连接到高速波形采集系统上（数字波公司的断裂检波器）。然后这些标本在位移的控制下被装进万能试验机，也就是用装杆把标本推进顶部和底端的悬臂钻孔中。在试验中，装载、位移 (CMOD) 和断裂长度都要和声频发射波形数据一起被记录下来。所有的 18 个标本以三种不同的含水量进行试验，每项实验在 10 分钟的试验时间里都产生了 800—1000 次声发射 . 在每次试验之前，我们都在标本的表面涂上一层脆的白灰罩面，目的是更易于观察断裂增长，断裂长度是通过参考画在白色表面上的线进行目测获取的。

    数据分析

    数据分析由两部分组成，即批量断裂能的计算和对声发

    射能量的检测，具体内容如下：

    断裂分析

    断裂能是在装载过程中检测裂纹长度的变化进行计算的，把裂纹长度的数据与载荷变形曲线结合起来，利用以下的公式，可以得出应变能的释放率。

    其中1P和1δ分别是装载量和裂缝嘴张位移， Δa是裂纹长度的变化，2 1a −a，B 是标本厚度。典型的装载量IG，

    数据所示IG在某一点持平，我们可以用这个平稳状态来代表材料的临界能量发射率ICG。

    声发射能量的分析

    声发射能量分析的目标是找到办法直接测量弹性波能。使用传统的声发射能量分析 . 尽管该分析可以测量能量，但是随之而来的单元却不能与其他的能量分析直接对比。因为我们的目标是比较断裂能与声发射能，所以我们希望得到一个能够得到常用单位的分析技巧。