弯曲载荷下含预制裂纹杉木梁细观损伤特征与识别

摘要

工程实际应用中，作为木结构建筑物的主要承重构件，木梁的失效形式主要是弯曲损伤。不同于拉伸、压缩损伤中细观损伤形式的单一性，弯曲损伤过程的不同阶段会产生不同的损伤类型，并且同一阶段内会出现多种细观损伤类型。相对于单一损伤，这种复杂力学行为的损伤识别与判定难度大大增加。以杉木（Cunninghamia lanceolate）为研究对象，设计试验对杉木在三点弯曲损伤过程中的声发射信号进行采集、监测与分析，通过小波包阈值法消除损伤试验中采集的声发射信号噪声。根据损伤过程的不同阶段，基于经验模态分解从原始信号中提取并分离能够表征细观损伤的特征信号；再利用提取出的特征信号小波包能量熵为损伤指数，判断各损伤阶段出现的不同损伤类型。通过特征信号与原信号的互相关系数，对各损伤阶段的损伤类型占比进行定量表征，确定了各阶段对应的不同细观损伤类型及占比。结果表明：经验模态分解-小波包能量熵法可以有效判断杉木三点弯曲过程不同阶段产生的细观损伤类型和构成；同时，声发射信号IMF分量与原信号的相关系数能够判定杉木三点弯曲过程中不同损伤阶段对应的细观损伤占比。本研究提出了在弯曲载荷作用下木梁的细观损伤识别方法，为木材损伤机理的研究和服役木质结构健康监测提供有力的理论支撑。

关键词

木材损伤识别 / 预制裂纹 / 弯曲载荷 / 多细观损伤 / 声发射 / 小波包能量熵 / 经验模态分解