[發明專利]一種巖石在單軸加熱條件下聲發射主頻提取的方法

在審

• 申請號: 202110273267.8
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113092591A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 辛林;馮洺澤;程衛民;李凱旋;胡相明;李佳澤;吳景;王志剛;安明煜;孔彪;亓冠圣;趙金海;張新國;李超
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/46;G01N25/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明提供了一種巖石在單軸加熱條件下聲發射主頻提取的方法，涉及巖石力學試驗技術領域，該方法模擬了巖石單向受熱狀態，并且可以準確獲取加熱過程中的巖石微觀破裂變化規律。該方法包括：制備圓柱體巖石試件，在試樣上貼設聲發射傳感器，利用巖石單向加熱試驗裝置加熱巖石試件，聲發射傳感器接收巖石試件內部的聲發射信號，監測破裂過程；對聲發射信號進行快速傅里葉變換，得到二維頻譜圖，并確定聲發射主頻；收集試樣在恒溫下的聲發射波形信號，并對波形進行傅里葉變換，獲得各個時刻的主頻信息，繪制溫度、主頻與時間關系圖，確定巖石的損傷特性。該方法還具有操作簡便、數據準確等優點，同時為巖體的溫度分布、熱損傷特性的研究提供了方便。

技術領域

本發明涉及巖石力學試驗技術領域，尤其是一種巖石在單軸加熱條件下聲發射主頻提取的方法。

背景技術

在核廢料的儲存、地熱利用以及煤炭地下氣化等行業中，都存在一個高溫熱源，而周圍巖體在這種環境下一般處于單向受熱的狀態，高溫會對這些巖體產生熱損傷，其溫度分布、熱損傷特性等也會呈現出單向分布的規律，獲取這部分巖體的熱破裂規律特性對于研究巖體的穩定性、氣密性等方面具有十分重要的意義。

現有技術中，對巖體的熱損傷研究往往是將試件整體放置于加熱爐中進行程序升溫或恒溫加熱，然后再研究試件的熱損傷特性，這種加熱方式忽略了巖石的真實受熱狀態；同時，將熱處理后的巖石進行后期分析也無法獲取巖石在熱損傷過程中內部的裂隙、孔隙等的發育情況以及規律。聲發射技術(Acoistic Emission，簡稱AE)是通過接收材料或構件在受力或受熱過程中內部破裂或摩擦產生的超聲波信息，對材料或構件進行無損檢測的一種技術。

為了可以連續不斷的觀測巖石材料內部微破裂的動態演化，從而巖石熱損傷破壞的研究提供準確的數據，需要對現有的研究方法做進一步的改進。

發明內容

為了模擬巖石單向受熱狀態，并準確的獲取加熱過程中巖石微觀破裂變化規律，本發明提供了一種巖石在單軸加熱條件下聲發射主頻提取的方法，具體技術方案如下。

一種巖石在單軸加熱條件下聲發射主頻提取的方法，步驟包括：

S1.制備圓柱體巖石試件；

S2.在巖石試件上貼設聲發射傳感器；

S3.使用巖石單向加熱試驗裝置加熱巖石試件，聲發射傳感器接收巖石試件內部的聲發射信號，并同步監測巖石試件的破裂過程；

S4.對聲發射信號進行快速傅里葉變換，得到二維頻譜圖，并確定二維頻譜圖中的最大幅值對應的頻率為聲發射主頻；

S5.收集巖石試件在固定溫度加熱條件下的全部聲發射波形信號，并對所有波形進行傅里葉變換，獲得各個時刻的主頻信息，繪制溫度、主頻與時間的關系圖，確定巖石的損傷特性。

優選的是，巖石單向加熱試驗裝置包括上墊塊、加載裝置、加熱裝置、熱電偶、信號接收器和聲發射檢測儀，巖石試件放置在上墊塊的下方，加載裝置通過上墊塊對巖石試件進行加載，多個熱電偶和信號接收器相連，聲發射檢測儀和聲發射傳感器相連，聲發射傳感器固定連接在巖石試件上。

還優選的是，聲發射傳感器通過耦合劑固定在巖石試件上部，所述聲發射檢測儀和電腦相連。

還優選的是，巖石試件制作多個，分別利用各個巖石試件進行試驗；巖石試件和聲發射傳感器之間涂抹有凡士林。

進一步優選的是，巖石試件在固定溫度條件下加熱2小時，聲發射傳感器使用諧振式高靈敏度傳感器，工作頻率為35～100kHz。

進一步優選的是，加熱裝置的加熱部使用鎳鉻合金發熱管，并內插入哈氏合金加熱盤內，最高加熱溫度為1100℃。

進一步優選的是，聲發射信號的處理使用MATLAB軟件。