第6期 海波,等:纳米混凝土声发射 Kaiser效应的试验与数值模拟 879 弹性模量强度 摩擦角自重 步的时候才出现第一个声发射在卸载过程中也没 均质度 CT比 /°ANmm3) 有声发射出现再次加载时,只有当所施加的载荷超 50000 0.2530 过上次加载的最大载荷时,才会有声发射的出现 这再次验证了声发射 Kaiser效应的存在此外,从图 3.2数值模拟结果分析 5中还可以看出裂纹发展变化的整个过程,从试样 图3为循环加卸载条件下纳米混凝土试件的载最终的破坏形态来看,呈现“Z”字形 荷-加载步-声发射能量率模拟曲线从图3中可以看 出,在第1次加载初期,没有声发射信号的出现, 此时材料处于弹性变形阶段继续加载后,由于试样 微元受到损伤,原始裂隙不断闭合,出现声发射信 号,而在卸载过程中没有声发射信号的形成进行第 2次加载时,当没有达到试件先前所承受的最大载 荷时,没有微损伤的出现,也没有声发射信号产生 x联兴 而当载荷进一步增加直至超过先前载荷的最大值 时,再次出现了声发射信号,且信号的强度和密度 较第1次的要高在第3次和第4次循环过程中,都 有类似现象因此,RFPA的数值模拟试验结果验证 加载步 了纳米混凝土材料也同样存在 Kaiser效应 图4声发射能量累积数曲线 Fig 4 cumulative curve of AE energy 3000 2000 1000 1.5 8010012 加载步 图3载荷-加载步-声发射能量率曲线 Fig 3 load-step-AE count curve 在循环加载条件下,声发射能量也可以通过累 积数形式来表达,图4给出了数值模拟所得的声发 射能量累积数与载荷步的关系曲线,比较图4和图 (b)可以看出,数值模拟结果和试验结果是一致的 Step110 这进一步体现了声发射 Kaiser效应的本质,即再次 图5循环加卸载下的声发射 加载时出现明显声发射现象的前提条件是其当前 Fig. 5 the ae under cyclic loading and unload 所受荷载的应力水平已经超过之前所受的最高应 力水平2 4结论 图5给出了数值模拟的声发射图,图中圆圈的 本文通过纳米混凝土在循环载荷作用下的声 位置和数量分别表示声发射发生的部位和数量,圆 发射试验,结合RFPA数值模拟,研究纳米混凝土 圈越多表明声发射数量越多结合图4可以看出,在 的损伤破坏规律,得到以下结论 加载初期,几乎没有声发射出现,直至加载到12第 6 期 王海波，等：纳米混凝土声发射 Kaiser 效应的试验与数值模拟 879 均质度 弹性模量 /MPa 强度 /MPa Poisson 摩擦角 /° 自重 /( N·mm -3 ) C/T 比 3 50 000 100 0.25 30 0 10 3.2 数值模拟结果分析 图 3 为循环加卸载条件下纳米混凝土试件的载 荷-加载步-声发射能量率模拟曲线.从图 3 中可以看 出，在第 1 次加载初期，没有声发射信号的出现， 此时材料处于弹性变形阶段.继续加载后，由于试样 微元受到损伤，原始裂隙不断闭合，出现声发射信 号，而在卸载过程中没有声发射信号的形成.进行第 2 次加载时，当没有达到试件先前所承受的最大载 荷时，没有微损伤的出现，也没有声发射信号产生. 而当载荷进一步增加直至超过先前载荷的最大值 时，再次出现了声发射信号，且信号的强度和密度 较第 1 次的要高.在第 3 次和第 4 次循环过程中，都 有类似现象.因此，RFPA 的数值模拟试验结果验证 了纳米混凝土材料也同样存在 Kaiser 效应. 图 3 载荷-加载步-声发射能量率曲线 Fig.3 load-step-AE count curve 在循环加载条件下，声发射能量也可以通过累 积数形式来表达，图 4 给出了数值模拟所得的声发 射能量累积数与载荷步的关系曲线，比较图 4 和图 1(b)可以看出，数值模拟结果和试验结果是一致的. 这进一步体现了声发射 Kaiser 效应的本质，即再次 加载时出现明显声发射现象的前提条件是其当前 所受荷载的应力水平已经超过之前所受的最高应 力水平[12] . 图 5 给出了数值模拟的声发射图，图中圆圈的 位置和数量分别表示声发射发生的部位和数量，圆 圈越多表明声发射数量越多.结合图 4 可以看出，在 加载初期，几乎没有声发射出现，直至加载到 12 步的时候才出现第一个声发射.在卸载过程中也没 有声发射出现.再次加载时，只有当所施加的载荷超 过上次加载的最大载荷时，才会有声发射的出现. 这再次验证了声发射 Kaiser 效应的存在.此外，从图 5 中还可以看出裂纹发展变化的整个过程，从试样 最终的破坏形态来看，呈现“Z”字形. 图 4 声发射能量累积数曲线 图 4 声发射能量累积数曲线 Fig.4 cumulative curve of AE energy Step12 Step40 Step71 Step110 图 5 循环加卸载下的声发射 Fig.5 the AE under cyclic loading and unloading 4 结 论 本文通过纳米混凝土在循环载荷作用下的声 发射试验，结合 RFPA 数值模拟，研究纳米混凝土 的损伤破坏规律，得到以下结论： 0 20 40 60 80 100 120 加载步 1 000 载荷/N 2 000 3 000 4 000 1.5 声发射能量率×10 -4 3.0 4.5 6.0 2 0 0 40 60 80 100 120 加载步 声发射能量累积数×10 -3 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0