[發明專利]不同孔徑煤巖體在單軸加載下特征時頻損傷演化分析方法

有效

• 申請號: 201911056802.3
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110646276B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 來興平;任杰;單鵬飛;崔峰;曹建濤;張帥;代晶晶;許慧聰;王澤陽;張云;張楠
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N29/14;G01N29/46
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;劉素霞

1.一種不同孔徑煤巖體在單軸加載下特征時頻損傷演化分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、選取N個煤巖體待測試塊，在其中N-1個所述待測試塊上設置不同孔徑的通孔；

步驟二、對N個所述待測試塊分別進行應力加載破壞試驗，應力加載破壞試驗時對所述待測試塊進行垂交孔洞軸向施加0.2kN/s的應力加載，在所述應力加載破壞試驗過程中采集所述待測試塊的聲發射信號；

步驟三、每個所述待測試塊采集到n個聲發射信號，計算每個聲發射信號的能量與其對應頻率的乘積，從而得到n個聲發射信號的能量貢獻率并對所述n個聲發射信號的能量貢獻率按照大小降序排列，然后計算每個聲發射信號的累計能量貢獻率；

其中，β_i為第i個聲發射信號的累計能量貢獻率，e_k為第k個聲發射信號的能量，f_k為第k個聲發射信號對應的頻率；i＝1，2，3，···，n；

步驟四、計算累計能量貢獻率在設定閾值范圍內的聲發射信號的能量平均值，根據所述能量平均值計算能量遴選閾值；

Q_S＝maxE·R²+Q

其中Q為所述能量平均值，E為聲發射信號的能量集合，Q_S為所述能量遴選閾值，maxE為聲發射信號中的最大能量值，R為能量大于所述能量平均值的聲發射信號數量與聲發射信號總數量的比值；

步驟五、將能量大于所述能量遴選閾值的聲發射信號作為對應待測試塊的特征能量信號；在所述應力加載破壞試驗過程中還采集所述待測試塊的應力和振鈴計數，從而得到每個待測試塊的應力、振鈴計數、累計能量和特征能量信號的時間變化圖，根據所述時間變化圖中應力的大小確定待測試塊在進行所述應力加載破壞試驗時的煤巖體迅速破裂階段，對所述煤巖體迅速破裂階段進行時域分析和頻域分析；

從所述應力加載破壞試驗過程中得到的時域波形中將所述煤巖體迅速破裂階段對應的波形提取出來，繪制提取出來波形的時域波形圖，結合所述煤巖體迅速破裂階段的振鈴計數和特征能量信號，對待測試塊進行內部損傷破裂形態時域分析；

對所述煤巖體迅速破裂階段對應的時域波形進行傅里葉變換，得到反應頻率和幅值的頻譜圖，根據所述頻譜圖對待測試塊在應力加載破壞試驗過程中內部損傷破裂形態進行頻域分析；

所述時域分析的結果包括：

無孔的待測試塊損傷破壞為間斷式，有孔的待測試塊損傷破壞為連續式；

待測試塊在所述煤巖體迅速破裂階段內應力集中使得待測試塊最終發生整體劇烈破裂；

孔徑的增大使得待測試塊在所述煤巖體迅速破裂階段內集中的應力快速釋放導致待測試塊快速損傷破壞；所述頻域分析的結果包括：

傅里葉變換后隨著孔徑的增大主頻減少，幅值表現出先減小后增大的趨勢，有孔待測試塊比無孔待測試塊的振幅大；

無孔的待測試塊在所述煤巖體迅速破裂階段頻譜圖頻率變化單一，主頻表現為高頻振動的疲勞損傷，大破裂面貫通造成破壞，有孔待測試塊在所述煤巖體迅速破裂階段頻域構成表現為臺階狀多級連續降低；

孔徑的增加不會減緩待測試塊在所述煤巖體迅速破裂階段的破壞，反而會使有孔的待測試塊在最終毀壞前出現一次大的損傷破裂引發幅值異變；

根據所述時域分析和所述頻域分析確定所述煤巖體迅速破裂階段的特征信號損傷劣化時序，然后利用RA-AF關聯分析法分析不同孔徑下待測試塊的損傷演化關系；

所述RA-AF關聯分析的結果包括：

隨著孔徑的增大待測試塊最終破壞時呈現多種劣損形式糾纏并發；

孔徑的增大使所述煤巖體迅速破裂階段內待測試塊破裂數量明顯下降，通過應力變化情況得出裂紋發育的減少避免了應力的積聚；

隨著孔徑的變大從特征能量信號分布確定待測試塊關鍵破壞由單一破壞轉變為分級多模式加載破壞，使待測試塊在所述煤巖體迅速破裂階段積聚的應力得到疏導；

孔徑大的待測試塊出現局部應力快速釋放，不足以產生新的關鍵損傷破壞。