[发明专利]不同孔径煤岩体在单轴加载下特征时频损伤演化分析方法

权利要求书

1.一种不同孔径煤岩体在单轴加载下特征时频损伤演化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、选取N个煤岩体待测试块，在其中N-1个所述待测试块上设置不同孔径的通孔；

步骤二、对N个所述待测试块分别进行应力加载破坏试验，应力加载破坏试验时对所述待测试块进行垂交孔洞轴向施加0.2kN/s的应力加载，在所述应力加载破坏试验过程中采集所述待测试块的声发射信号；

步骤三、每个所述待测试块采集到n个声发射信号，计算每个声发射信号的能量与其对应频率的乘积，从而得到n个声发射信号的能量贡献率并对所述n个声发射信号的能量贡献率按照大小降序排列，然后计算每个声发射信号的累计能量贡献率；

其中，β_i为第i个声发射信号的累计能量贡献率，e_k为第k个声发射信号的能量，f_k为第k个声发射信号对应的频率；i＝1，2，3，···，n；

步骤四、计算累计能量贡献率在设定阈值范围内的声发射信号的能量平均值，根据所述能量平均值计算能量遴选阈值；

Q_S＝maxE·R²+Q

其中Q为所述能量平均值，E为声发射信号的能量集合，Q_S为所述能量遴选阈值，maxE为声发射信号中的最大能量值，R为能量大于所述能量平均值的声发射信号数量与声发射信号总数量的比值；

步骤五、将能量大于所述能量遴选阈值的声发射信号作为对应待测试块的特征能量信号；在所述应力加载破坏试验过程中还采集所述待测试块的应力和振铃计数，从而得到每个待测试块的应力、振铃计数、累计能量和特征能量信号的时间变化图，根据所述时间变化图中应力的大小确定待测试块在进行所述应力加载破坏试验时的煤岩体迅速破裂阶段，对所述煤岩体迅速破裂阶段进行时域分析和频域分析；

从所述应力加载破坏试验过程中得到的时域波形中将所述煤岩体迅速破裂阶段对应的波形提取出来，绘制提取出来波形的时域波形图，结合所述煤岩体迅速破裂阶段的振铃计数和特征能量信号，对待测试块进行内部损伤破裂形态时域分析；

对所述煤岩体迅速破裂阶段对应的时域波形进行傅里叶变换，得到反应频率和幅值的频谱图，根据所述频谱图对待测试块在应力加载破坏试验过程中内部损伤破裂形态进行频域分析；

所述时域分析的结果包括：

无孔的待测试块损伤破坏为间断式，有孔的待测试块损伤破坏为连续式；

待测试块在所述煤岩体迅速破裂阶段内应力集中使得待测试块最终发生整体剧烈破裂；

孔径的增大使得待测试块在所述煤岩体迅速破裂阶段内集中的应力快速释放导致待测试块快速损伤破坏；所述频域分析的结果包括：

傅里叶变换后随着孔径的增大主频减少，幅值表现出先减小后增大的趋势，有孔待测试块比无孔待测试块的振幅大；

无孔的待测试块在所述煤岩体迅速破裂阶段频谱图频率变化单一，主频表现为高频振动的疲劳损伤，大破裂面贯通造成破坏，有孔待测试块在所述煤岩体迅速破裂阶段频域构成表现为台阶状多级连续降低；

孔径的增加不会减缓待测试块在所述煤岩体迅速破裂阶段的破坏，反而会使有孔的待测试块在最终毁坏前出现一次大的损伤破裂引发幅值异变；

根据所述时域分析和所述频域分析确定所述煤岩体迅速破裂阶段的特征信号损伤劣化时序，然后利用RA-AF关联分析法分析不同孔径下待测试块的损伤演化关系；

所述RA-AF关联分析的结果包括：

随着孔径的增大待测试块最终破坏时呈现多种劣损形式纠缠并发；

孔径的增大使所述煤岩体迅速破裂阶段内待测试块破裂数量明显下降，通过应力变化情况得出裂纹发育的减少避免了应力的积聚；

随着孔径的变大从特征能量信号分布确定待测试块关键破坏由单一破坏转变为分级多模式加载破坏，使待测试块在所述煤岩体迅速破裂阶段积聚的应力得到疏导；

孔径大的待测试块出现局部应力快速释放，不足以产生新的关键损伤破坏。