深入分析Kaiser效应与Felicity效应

可以发现在每次循环的加载阶段,当加载应力达到上次最大加载应力时,声发射累计振铃计数曲线会出现明显拐点。试件声发射Kaiser效应是当应力低于前一循环最大应力时,声发射信号较少,当应力超过前一循环最大应力时,声发射信号迅速增多,表明试件在不同循环加卸载阶段具有明显的声发射Kaiser效应,由于试件在变形过程中的裂纹发育扩展随着应力减小不会发生更多破裂现象,当应力超过前一循环最大应力时,声发射信号才会重新出现。Felicity效应是当应力低于前一循环最大应力时,声发射信号就会出现明显增多的现象,此时的应力值与前一循环的最大应力的比值叫作Felicity比。其计算式为

式中　FRi——第i个循环中的Felicity比;

σi+1——第i+1次加载的产生大量声发射信号时的应力水平,Pa;

σimax——前一循环最大应力,Pa。

从式(2.17)中可以看出,当FRi≥1时,Kaiser效应成立;当FRi＜1时,Felicity效应成立。因此,Felicity比可以更广泛地描述试件在循环加载中的不可逆程度。根据不同节理倾角循环加载过程中声发射信号的结果,图2.51为Felicity比随加卸载循环次数的变化曲线,分别对不同角度试件的Felicity比随循环次数变化规律进行对比分析。(www.xing528.com)

从图2.51和表2.14中可以看出,不同倾角试件的Felicity比随着循环次数的增加呈现逐渐降低的趋势,降低速率逐渐变大,其中,节理倾角为75°的试件在第2～6次循环的Felicity比分别为1.14,1.1,1.08,1.06,1.01,说明Kaiser效应成立,Kaiser效应对应应力水平为峰值强度的74.18%,随着加载应力的提高,在第7～8次循环的Felicity比分别为0.83,0.55,说明Felicity效应在较高应力水平时成立,Felicity比较加载初期明显减小,这是由于内部节理迅速扩展、交汇贯通使声发射信号提前发生,这样Felicity比可以很好地反映试件的损伤程度,Felicity比越小代表试件损伤程度越严重。节理倾角为30°的试件同样符合这种规律,在第2～4次循环的Felicity比分别为1.1,1.08,1.02,在第5～6次循环的Felicity比分别为0.81,0.62,Kaiser效应对应应力水平为峰值强度的69.01%,说明在强度较高的试件中,试件的Kaiser效应范围上限约为峰值强度的70%,在该阶段主要处于弹性阶段,试件主要以弹性变形为主,塑性变形产生的声发射现象较少,声发射信号恢复显示出迟滞状态,当加载应力超过70%时,试件产生的不可逆变形增多,声发射现象在上次最大应力之前突增,导致Felicity比急剧减小,产生Felicity效应。节理倾角为45°和60°的试件在循环加卸载过程中只产生Felicity效应,这是由于节理倾角使试件峰值强度降低,在第2次循环加载时分别已到峰值强度的54.76%,56.43%;未经历初期加载阶段和弹性变形阶段,第2次循环加载时Felicity比分别为0.94,0.79。根据上述研究,应力在70%左右Kaiser记忆效应基本消失,节理倾角为45°的试件Felicity比接近于1,印证了Kaiser效应的范围上限是合理的。不同节理倾角的试件Felicity比分别为0.62,0.68,0.69,0.55,与其峰值强度有着良好的对应关系,说明Felicity比同时反映出了试件的损伤程度。

图2.51　不同节理倾角下Felicity比与循环次数的关系

表2.14　不同节理试件Kaiser应力与Felicity比对应关系