Page 76 - 无损检测2022年第一期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202201010

高强螺栓应力锈蚀的声发射特征

霍林生 , 田树晓 , 王靖凯 , 罗明璋 2
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( 1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 大连 116024 ; 2. 长江大学 电子信息学院, 荆州 434023 )

摘 要:高强螺栓是钢结构的重要连接构件, 其在高应力服役过程中易因锈蚀而出现断裂。
为了研究其在应力锈蚀下的损伤演化规律, 利用声发射技术对其损伤过程进行了实时监测。结合
改进的 K 均值算法和动态门槛, 对声发射损伤信号进行聚类, 并进一步对聚类的声发射信号进行
锈蚀损伤阶段划分。试验结果表明, 高强螺栓的损伤信号可以分为 3 类, 进一步划分其中第三类信
号的损伤阶段, 最终得到应力锈蚀的 4 个阶段, 验证了提出的声发射方法的有效性, 并可使用该声
发射方法实时监测高强螺栓的健康状况。
关键词:高强螺栓; 应力锈蚀; 声发射; K 均值聚类

中图分类号: TB553 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 01-0042-07

Acousticemissioncharacteristicsofstresscorrosionofhi g hstren g thbolts

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HUOLinshen g TIANShuxiao , WANGJin g kai , LUO Min g zhan g 2
,

( 1.StateKe yLaborator yofCoastalandOffshoreEn g ineerin g , DalianUniversit yofTechnolo gy , Dalian116024 , China ;

2.SchoolofElectronicsInformation , Yan g tzeUniversit y , Jin g zhou434023 , China )

Abstract : Hi g hstren g thboltsareim p ortantconnectin gcom p onentsofsteelstructures , andthe yarep roneto

fractureduetocorrosiondurin g hi g hstressservice.Inordertostud yitsdama g eevolutionlaw understress

corrosion , real-time monitorin g ofits dama g e p rocess was carried out usin g acoustic emission technolo gy .

Combinin g theim p rovedK-meansal g orithmandthed y namicthreshold , theacousticemissiondama g esi g nalswere

clustered , andtheclusteredacousticemissionsi g nalsarefurtherdividedintorustdama g esta g es.Thetestresults

showthatthedama g esi g nalsofhi g hstren g thboltscanbedividedintothreecate g ories , andthedama g esta g eofthe

thirdcate g or yofsi g nalsisfurtherdivided , andfinall y foursta g esofstresscorrosionareobtained.Thetestverified

theeffectivenessofthe p ro p osedacousticemissionmethod , andtheacousticemissionmethodcanbeusedtomonitor

thehealthofhi g h-stren g thboltsinrealtime.

Ke ywords : hi g hstren g thbolt ; stresscorrosion ; acousticemission ; K-meansclusterin g
钢结构具有强度高、 抗震性能好、 易于施工等优 高强螺栓常会出现突然断裂失效的现象, 这种现象
点, 是大型土木工程基础设施建设的首选结构。高 称为应力锈蚀断裂 [ 2 ] 。尽管研究人员对高强螺栓应
强螺栓是钢结构节点重要的传力构件 [ 1 ] , 其健康状 力锈蚀断裂的机理已经形成了一定的共识 [ 3 ] , 但是
况直接影响钢结构的稳定性。在实际工程中, 高强 螺栓在断裂前释放的信号能量有限, 很难被传统的
螺栓常直接暴露在环境中, 使其在承受结构应力的 监测手段捕捉到, 致使目前尚无有效的措施能够预
同时也会发生腐蚀。在应力和腐蚀的共同作用下, 警高强螺栓的断裂。
声发射技术作为一种动态无损检测技术, 通过
接收材料因破坏而产生的应力波来监测材料的损伤
收稿日期: 2021-07-06
程度 [ 4-5 ] 。相比于传统的主动检测技术, 声发射技术
基金项目: 中央高校基本科研业务费资助项目( DUT19TD26 )
作者简介: 霍林生( 1975- ), 男, 教 授, 主 要 研 究 方 向 为 结 构 健 具有灵敏度高、 可以长时间实时监测等优点 [ 6 ] , 被广
康监测 泛应用于 土 木 [ 7-8 ] 、 机 械 [ 9 ] 、 煤 矿 [ 10 ] 和 航 天 [ 11 ] 等 领
域, 也可 用 于 高 强 螺 栓 的 损 伤 监 测 [ 9 ]
通信作者: 霍林生, lshuo@dlut.edu.cn 。 URBAHS
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2022 年 第 44 卷 第 1 期

无损检测