基于小波包分析的拉索损伤声发射信号特征提取

结合显式有限元和小波包分析技术开展了拉索损伤声发射信号特征提取的仿真分析。采用ANSYS/LS-DYNA模拟得到拉索损伤声发射信号的仿真信号,基于小波包能量谱对拉索声发射的有限元仿真信号进行了特征提取,从小波包分解层次、特征频带数量的选择及特征参数的噪声鲁棒性三个方面开展了讨论分析。结果表明:(1)通过选择适当的小波包分解层次,小波包能量谱可以精细地反映信号的特征;(2)选取少数特征频带就能使得小波包能量谱反映声发射信号的特征信息;(3)基于小波包能量谱的特征参数具有良好的损伤敏感性及噪声鲁棒性,能在强噪声影响下实现对拉索不同损伤类型的判别。     

基于小波变换与统计分析的转子碰摩声发射特性研究

为解决转子碰摩损伤声发射信号分类及解释难题,应用PCI-2声发射系统和WS-ZHT1型多功能转子实验台组成转子碰摩声发射检测系统,采集转子局部碰摩声发射信号,通过理论分析声发射信号特征和小波基函数性质,dB8小波适合提取声发射信号特征;碰摩产生大量声发射信号,大量声发射信号的统计特性蕴涵较多碰摩信息。对不同转速条件下不同检测位置碰摩声发射信号的统计分析表明,声发射信号的功率谱密度集中在100～400 kHz。声发射信号平均幅值、平均能量可作为区分转子碰摩程度特征参数;功率谱主频可作为区分声发射相对位置特征参数,结论与碰摩类型无关。     

基于小波分析技术的高速撞击声发射源定位

针对在轨航天器遭受空间碎片撞击损伤的定位问题,利用二级轻气炮发射铝弹丸撞击铝板来模拟空间碎片对航天器结构的损伤;通过声发射传感器实时记录结构中的时域波形信号,结合板波的频散特性,分析了高速撞击穿孔损伤时波动在铝板中的传播模式.基于小波时频分析技术研究了高速撞击损伤的定位问题,分析了波速对定位精度的影响.结果表明,基于小波分析技术的高速撞击声发射源定位能够满足撞击损伤的定位要求,为解决航天器在轨遭受空间碎片撞击的损伤定位提供了一种新的方法.     

岩石声发射信号能量分布特征的EMD分析

冲击荷载作用下岩石声发射信号具有瞬态性和多样性的特点,属于典型的非平稳信号。利用EMD方法对岩石声发射信号进行分解,得到一系列具有不同特征时间尺度的IMF分量,对每一个平稳的IMF分量提取能量特征。分析结果表明：冲击荷载作用下岩石声发射信号能量主要分布在前4个IMF分量内,且分布不均匀;岩石声发射信号各IMF分量的频谱与原始信号的频谱基本一致;随着岩石的密度、纵波波速、弹性模量的降低,冲击荷载作用下岩石声发射信号的优势频率越来越集中,且其优势频率有往低频发展的趋势;相比小波包分析,EMD分析法对于非平稳信号而言更具适应性。     

椭球弹丸超高速撞击防护屏碎片云数值模拟

低地球轨道的各类航天器易受到微流星体及空间碎片的超高速撞击.本文采用AUTODYN软件进行了椭球弹丸超高速正撞击及斜撞击防护屏碎片云的数值模拟.给出了三维模拟的结果.研究了在相同质量的条件下,不同长径比椭球弹丸以不同速度和入射角撞击防护屏所产生碎片云的特性,并与球形弹丸撞击所应产生的碎片云特性进行了比较.结果表明:在相同的速度下,不同长径比椭球弹丸撞击的碎片云形状、质量分布和破碎程度是不同的,随撞击入射角的增加弹丸的破碎程度增大,滑弹碎片云的数量增加;随撞击速度的增加,弹丸的破碎程度也增加.     

应力波作用下岩石声发射实验研究

在霍普金森（SHPB）冲击系统上进行了应力波作用下岩石声发射实验,获得了该加载条件下岩石破裂的声发射规律。实验结果表明,应力波下,声发射峰值能量之前所出现的声发射信号相当匮乏;而且其能量规律呈现出两种明显不同的特征：I型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到了加载的末期,能量出现了一定的回升,产生了“拐点”;II型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对I型较慢,且不出现“拐点”。研究结果表明,声发射的能量特征与岩石破碎的程度密切相关;冲击载荷作用下岩石的声发射不仅仅是裂纹信息的反映,其中也包含了对应力波信号的反映。     

基于小波包能量谱的声发射信号处理技术

为实现材料早期结构疲劳损伤程度的监测与评价,提出采用小波包能量谱的声发射信号处理方法.首先,搭建金属疲劳损伤在线声发射监测系统,采集金属材料早期结构疲劳损伤产生的裂纹扩展与闭合的声发射信号;其次,选取适用于该声发射信号的小波函数和小波包分解层数,从而得到小波包分解后的各个频带的能量随疲劳周期数增加的变化情况的小波包能量谱图.实验表明:上述信号处理方法可获得能表征金属材料随着疲劳周期数增加的早期结构疲劳损伤程度变化的频带特征,为桥梁结构、建筑工程结构构件中常用钢材疲劳过程的声发射监测及早期疲劳损伤程度的加剧提供参考依据.     

冲击荷载下岩石声发射信号能量特征的小波包分析

根据冲击荷载作用下岩石声发射信号具有非平稳的特点,利用小波包分析技术对冲击荷载作用下岩石声发射信号的能量分布特征进行研究。首先,简略地介绍了小波包分析的特点。其次,基于MATLAB对岩石声发射信号进行小波包分析,得到了冲击荷载作用下岩石声发射信号在不同频带上的能量分布图。最后,总结了冲击荷载作用下岩石声发射信号频带能量的分布规律,重点讨论了冲击荷载作用下不同岩石对声发射信号频带能量分布的影响。分析结果发现岩石的物理力学性质影响冲击荷载作用下岩石声发射信号频带能量的分布规律,即岩石密度越小、纵波波速越小、弹性模量越小,冲击荷载作用下岩石声发射信号的优势频率就越集中,且优势频率有往低频发展的趋势;单轴压缩强度和抗拉强度对冲击荷载作用下岩石声发射信号能量在优势频率内分布的影响不明显。     

基于声发射信号与BP神经网络的煤粉粒径识别研究

煤粉粒径的测量是燃煤电站一项重要的工作。针对目前筛分法存在的缺点,提出了一种结合声发射信号与BP神经网络在线识别煤粉粒径的方法。在频域中对噪声信号与煤粉声发射信号进行比较,确定了信号中反映煤粉粒径的频率区间,并利用小波包置零方法对信号进行去噪,在信噪比与信号平滑度方面比较了几种常用小波函数的去噪效果。通过功率谱分析发现了信号能量随煤粉粒径的变化特征。最后提取信号能量特征,利用BP神经网络对煤粉粒径进行识别。研究结果表明,结合声发射信号与BP神经网络识别煤粉粒径,可以获得良好的效果。     

局域波法在海洋平台结构声发射信号监测中的应用

摘要：将局域波用于分析导管架海洋平台模型的声发射信号,以获得声发射信号的时频特征和频率能量分布。通过局域波分解将声发射信号分解为一组基本模式分量（IMF）,对每一个IMF分量进行希尔伯特变换获得信号能量随时间频率的变化;由局域波时频谱得到边际谱,反映声发射信号的能量频率分布特征。通过分析导管架海洋平台模型模拟声发射信号,获得了特征,运用局域波分析方法监测到导管架海洋平台预制裂纹声发射信号的出现。因此,局域波法可以用于分析导管架海洋平台的声发射信号,在声发射信号处理领域将会有广阔的应用前景。     

基于声发射信号的钢桶泄漏检测

目的研究基于声发射信号的钢桶泄漏检测方法。方法利用声发射传感器、前置放大器、采集卡和计算机搭建采集系统,分析漏孔直径为0.2 mm和无泄漏状况下泄漏频率特点。对采集的声发射信号采用小波包分解,提取了泄漏信号的3个特征频段(16~30 kHz,33~47 kHz,95~102 kHz)的能量特征,将其作为支持向量机的输入特征向量,对已经训练好的支持向量机进行测试,判断钢桶是否泄漏。结果经试验测试,判断准确率达100%。结论通过小波包能量与支持向量机相结合的方法,可以成功地对直径0.2mm及以上漏孔的钢桶泄漏进行检测。     

单段爆破振动信号频带能量分布特征的小波包分析

爆破振动分析是研究爆破振动危害控制的基础,也是控制爆破振动危害的前提。根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点,利用小波包分析技术对满足分析要求的单段微差爆破振动信号的能量分布特征进行研究。首先,简略地介绍了小波变换与小波包分析的特点。其次,基于MATLAB对单段爆破振动信号进行小波包分析,得到了爆破振动信号在不同频带上的能量分布图。最后,总结了单段爆破振动信号频带能量的分布特征。结果表明,在单段爆破中,爆破震动信号成分主要以中高频(39Hz~156Hz)为主,低频成分(39Hz以下)所占比例极少。     

Q235焊接钢板受剪声发射时频特性分析

Q235钢板在工程中应用广泛,为了研究焊接对于Q235钢板性能的影响,开展了焊接试样和完整试样的受剪实验,利用数字声发射系统对实验过程的声发射信号进行实时采集。根据声发射计数率划分不同阶段,采用魏格纳-维尔分布,平滑伪魏格纳-维尔分布,对信号进行时频分析。实验结果表明:受剪实验中,焊接试样与完整试样的声发射特性明显不同,主要表现在受剪过程的各阶段中声发射信号能量集中的频带不同,弹性变形阶段信号时频带主要集中在80~100 k Hz附近;钢板塑性变形阶段时频带集中在100~140 k Hz范围内;焊缝塑性变形阶段,时频能量主要集中的频带范围在300~350 k Hz之间,部分能量较弱的信号分布在100 k Hz附近频段。     

Projectile density, impact angle and energy effects on hypervelocity impact damage to carbon fibre/peek composites

This paper explores the effects of projectile density, impact angle and energy on the damage produced by hypervelocity impacts on carbon fibre/PEEK composites. Tests were performed using the light gas gun facilities at the University of Kent at Canterbury, UK, and the NASA Johnson Space Center two-stage light gas gun facilities at Rice University in Houston, Texas. Various density spherical projectiles impacted AS4/PEEK composite laminates at velocities ranging from 2.71 to 7.14 km/s. In addition, a series of tests with constant size aluminum projectiles (1.5 mm in diameter) impacting composite targets at velocities of 3, 4, 5 and 6 km/s was undertaken at incident angles of 0, 30 and 45 degrees. Similar tests were also performed with 2 mm aluminum projectiles impacting at a velocity of approximately 6 km/s. The damage to the composite was shown to be independent of projectile density; however, debris cloud damage patterns varied with particle density. It was also found that the entry crater diameters were more dependent upon the impact velocity and the projectile diameter than the impact angle. The extent of the primary damage on the witness plates for the normal incidence impacts was shown to increase with impact velocity, hence energy. A series of tests exploring the shielding effect on the witness plate showed that a stand-off layer of Nextel fabric was very effective at breaking up the impacting debris cloud, with the level of protection increasing with a non-zero stand-off distance.     

基于主动Lamb波和小波变换的二维结构损伤定位研究

基于主动监测技术，将结构健康和损伤状态下的Lamb波激励响应信号进行对比，两者的差信号实际上是激励信号通过损伤折射后被接收到的类似声发射源产生的一种信号。该信号与激励响应信号比较将有时间延迟，通过Gabor小波变换确定时间延迟，从而获取损伤位置信息。实验证实这种位置信息是可靠的。     

基于声发射技术的Si-Cr-Ti高温抗氧化涂层弯曲失效机理研究

本研究借助声发射技术对铌基高温抗氧化涂层在常温下的弯曲失效过程进行了研究。利用k均值聚类方法对信号进行了分类, 结合截面扫描电镜观测结果确定高温抗氧化涂层在弯曲载荷下的信号分别对应基体变形、表面垂直裂纹、滑动型界面裂纹和张开型界面裂纹, 通过快速傅里叶变换得到了各类信号的主频分别为100、310、590和450 kHz, 借助小波分析得到了各信号的小波能量系数。涂层弯曲失效过程主要包括四个阶段, 分别为受拉侧表面垂直裂纹萌生的初始损伤阶段、表面垂直裂纹增殖阶段、两侧界面裂纹快速扩展的损伤积累阶段和受压侧涂层明显剥落的宏观剥落阶段。     

圆柱形长杆超高速正碰撞薄板结构破碎效应

超高速碰撞多层板结构破碎效应研究对空间碎片防护及动能武器毁伤效应研究有着重要意义。采用ANSYS/AUTODYN程序的SPH方法,对超高速碰撞碎片云的形成过程进行了数值模拟,某典型时刻一次及二次碎片云形貌的数值模拟结果与实验结果吻合较好,验证了计算方法和模型参数的正确性。在此基础上采用数值模拟方法,对钨合金、轧制均质装甲(Rolled Homogeneous Armor,RHA)及LY12铝三种材料的圆柱形弹体超高速碰撞薄板的破碎规律进行了研究,基于量纲分析方法得出了弹体破碎长度随弹靶材料特性、弹靶尺寸及初始撞击速度变化的关系式。并研究了钨合金及RHA两种材料的长杆弹对八层RHA板结构的超高速碰撞效应。