仪器仪表学报

作者：张志远，徐长航，王文奥，李娜，王龙博

单位：张志远,中国石油大学（华东）机电工程学院青岛266580,,徐长航,中国石油大学（华东）机电工程学院青岛266580,chxu@upc.edu.cn,王文奥,中国石油大学（华东）机电工程学院青岛266580,,李娜,中国石油大学（华东）机电工程学院青岛266580,,王龙博,中国石油大学（华东）机电工程学院青岛266580,

关键词：CFRP/steel粘接接头;声发射;数字图像相关;损伤演化;XGBoost模型;SHAP模型

碳纤维增强复合材料/钢（CFRP/steel）粘接接头在桥梁和船体结构加固中应用广泛，其力学性能受搭接长度的显著影响。针对现有研究中损伤演化机理揭示不足、识别精度有限的问题，提出了一种融合声发射（AE）与数字图像相关（DIC）技术的损伤监测与搭接长度识别方法。选取25、50、75和100mm这4种搭接长度，在准静态拉伸加载过程中采集AE信号的幅值、能量、质心频率、均方根（RMS）及持续时间等特征参数，并结合DIC的全场应变分布，分析接头的损伤起始、扩展以及失效模式的演化规律。研究表明，接头损伤过程可分为3个阶段，失效模式主要有钢变形、纤维断裂、基体开裂、粘结失效和内聚失效。另外，搭接长度对接头的力学性能有显著影响，其中搭接长度为100mm的接头的极限拉伸载荷为60.70kN，约为75mm接头的2倍。然后，以声发射的特征参数为输入，构建了基于极限梯度提升树（XGBoost）的CFRP/steel粘接接头搭接长度识别模型，识别准确率高达94%。最后，在该模型中引入可加性解释模型（SHAP）量化各特征贡献度，结果发现质心频率、RMS与持续时间是关键特征。该研究揭示了搭接长度对接头损伤行为的作用机制，有效挖掘了声发射特征与接头损伤状态之间的关系，从而提升了损伤预测的准确性与解释能力，为CFRP/steel粘接接头的失效模式预测和结构优化设计提供了重要参考。

来源：2025年第8期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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