超音速等离子喷涂Fe基合金层疲劳损伤声发射信号的处理与分析

为了通过对声发射信号的处理来诊断涂层接触疲劳损伤,采用超音速等离子喷涂在淬火45钢上制备了Fe基合金涂层,采用扫描电镜及其附带的能谱仪观察涂层形貌、分析涂层成分;在球盘式滚动接触疲劳试验机上进行接触疲劳试验,借助声发射系统采集涂层接触疲劳失效前和失效时的声发射信号;采用小波变换和经验模态分解对声发射信号在不同尺度上进行分解和重构,提取了包含疲劳损伤信息的波形和频率特征。结果表明:Fe基合金涂层结构致密,存在少量孔隙,在沉积粒子边界处存在少量微观裂纹,孔隙率为2.753 5%,等离子喷涂过程中,Fe,Cr和Si只发生少量的烧损且在涂层内分布均匀;接触疲劳失效前的声发射信号以连续型为主,失效时以突发型为主,采用小波变换和经验模态分解均可获得涂层接触疲劳失效前和失效时较为纯净的疲劳损伤声发射信号;2种方法重构的涂层接触疲劳失效前和失效时声发射信号波形相似,经验模态分解方法对400 kHz以上高频和100 kHz以下低频干扰信号的滤除效果明显不及小波变换。     

基于K熵和关联维数的金属疲劳损伤过程的声发射信号特征分析

深化对金属疲劳损伤过程中声发射信号的特征认识,是运用声发射信号对金属结构损伤过程进行监测预测的重要基础热点问题。针对金属疲劳损伤经历裂纹萌生阶段、裂纹缓慢扩展阶段、裂纹快速扩展阶段、临近破坏等四个阶段产生大量的声发射信号,采用K熵和关联维数等混沌特征量来分析海量的声发射信号;通过对45号钢试件进行三点弯曲疲劳试验、测试得到试件疲劳损伤过程的声发射信号,分别估算不同时间段所产生声发射信号的K熵和关联维数,分析结果表明金属疲劳损伤过程的声发射信号具有混沌特征,其K熵和关联维数的变化趋势与金属疲劳损伤过程的四个阶段具有较清晰的对应关联,表明K熵和关联维数可以较好的揭示金属疲劳损伤过程的动力学特性,这将为运用声发射信号实现金属结构疲劳损伤在线监测及预测提供了一种新思路。     

声发射技术监测疲劳损伤探讨

在实验室的高频疲劳试验机上,对紧凑拉伸试样进行疲劳损伤试验,用声发射技术记录声发射参数的变化.使用小波分析识别降噪方法和外触发采集卡(只在裂纹扩展时才采集数据,裂纹闭合时不采集数据)等措施,将各种噪音分离出去,最后只有试样的疲劳损伤裂纹起裂和扩展的声发射波形信号,经处理后获得的疲劳裂纹扩展长度与应力循环次数关系,接近于人工测得的疲劳裂纹扩展长度与应力循环次数关系曲线.     

模态声发射技术在构件疲劳裂纹检测中的应用

疲劳裂纹的萌生和扩展是机械零件在变载荷作用下的主要失效形式,在变载荷下出现疲劳裂纹的同时往往伴随着弹性波的扩散,以迅速释放其内部积累的应变能。使用近几年来得到迅速发展的模态声发射技术真实地获取疲劳裂纹的声发射波形,使接收到的声发射信号较完整地反映了声发射源的物理状态。在波形分析中采用参数分析法提取声发射波形特征,建立模态声发射参数和裂纹扩展速度之间的数学关系。由于综合采用了多种技术的优点进行信号分析、处理,因此根据声发射信号特征得到的结果将更加逼近实际状态。     

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.     

多龄期桥梁斜拉索疲劳损伤演化声发射监测技术研究

斜拉索在斜拉桥体系中有着举足轻重的作用,但易遭受腐蚀和疲劳累积损伤。目前对多龄期斜拉索腐蚀疲劳损伤演化规律的研究还较少。拟采用声发射技术监测国内某大桥腐蚀斜拉索疲劳损伤演化过程。首先,通过拉伸试验,得到了斜拉索中腐蚀钢丝和未腐蚀钢丝的应力-应变关系曲线,其实验结果表明腐蚀对斜拉索力学性能有较大的影响;其次对大桥拆下来的多龄期斜拉索进行疲劳测试,运用声发射技术监测了它的动态损伤过程,获得了斜拉索整个损伤过程的声发射特征参数,根据声发射累积能量参数分析结果,得到了多龄期斜拉索疲劳损伤演化规律;最后,对斜拉索疲劳损伤演化的各个阶段声发射波形进行小波分析,提取出各自的特征波形,并运用FFT分析其频率分布范围,进一步分析了损伤的形成原因,实现了对多龄期斜拉索损伤声发射源类型的确定     

基于声发射技术的起重机箱型梁疲劳数据分析

基于声发射技术监测起重机箱型梁疲劳裂纹的扩展,对比Q235B标准试样和箱型梁在疲劳试验中的声发射累积计数/幅值vs.循环周次曲线、声发射累积计数/裂纹扩展速率vs.应力强度因子幅曲线和声发射信号频谱特征。结果表明:箱型梁和标准试样的声发射累积计数/幅值vs.循环周次曲线均呈现基本相似的特征。频谱分析显示,虽然箱型梁和标准试样的声发射累积计数曲线在第二、三阶段产生的主要信号的峰值频率分布范围不尽相同,但是在相应两阶段产生的主要信号的类型(第二阶段2种信号、第三阶段1种信号)、相应频谱的峰数(第二阶段出现单峰和双峰,第三阶段出现多峰)以及两个阶段频谱峰数之间的变化(第三阶段频谱峰数均多于第二阶段)均相似,说明两者的疲劳机制存在着诸多相似之处。因此,一定程度上,能够通过标准试样的疲劳机制来映射箱型梁的疲劳机制,并为大型构件的设计与应用提供指导。     

受载混凝土破坏全过程声发射信号频带能量特征

为寻找更有效的混凝土工程破坏前兆判据,开展混凝土单轴加载破坏全过程声发射试验。通过SAEU2S型数字声发射采集系统直接采集破坏全过程声发射信号波形,分别用FFT变换及小波包变换对不同破坏阶段声发射信号分析处理,发现不同破坏阶段声发射信号频率分布、频带能量变化规律,并从声发射信号频率变迁与裂纹扩展关系角度阐释混凝土破坏机理。采用小波包变换频带能量计算方法在Matlab中计算并绘制不同破坏阶段声发射信号频带能量分布直方图,重点分析0~26 kHz低频带能量占比及随加载时间变化规律,提出低频能量占比达某门限值即为破坏临界点的重要判据指标。此规律可作为混凝土工程稳定性监测预警前兆判据,对评估混凝土内部损伤具有理论指导意义。     

42CrMo钢疲劳裂纹扩展剩余寿命评估

以高频三点弯曲疲劳试验机为平台,进行42CrMo钢疲劳裂纹扩展试验研究,通过建立裂纹扩展剩余寿命评估模型,实现对存在裂纹的工程机械零部件剩余寿命的评估。采用显微成像测试系统实时采集并测量疲劳扩展裂纹,使用声发射系统监测整个疲劳裂纹扩展过程。结果表明:声发射幅值、能量等特征参数可以实时反应疲劳裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展等各个损伤阶段,并在疲劳断裂时产生急剧的突变;裂纹扩展速率的对数值与应力强度因子幅的对数值具有较高的线性相关性,建立了不同应力工况条件下裂纹扩展剩余寿命评估模型,以双排链轮轴为例进行裂纹扩展剩余寿命评估;随着疲劳应力的增加,裂纹扩展剩余寿命减小。     

起重机钢梁疲劳特性声发射监测实验研究

起重机钢梁作为主要承力部位关系到起重机的安全运行,目前仍无有效手段对其疲劳特性进行在线实时监测。采用声发射技术对钢梁材料Q345疲劳特性进行实验研究,首先通过动态弯曲疲劳实验获得材料疲劳裂纹萌生、扩展和断裂全过程的声发射检测信号;然后提取和分析声发射信号中的特征参数,经过比较各参数历程图,发现在幅值和事件历程图中可以反映材料疲劳裂纹整体演变过程,而能量、计数、上升时间和持续时间这4个特征参数更能反映出裂纹变化的重要转折点。此外对各个阶段声发射信号产生的原因进行分析和总结,为下一步采用声发射技术对钢梁材料损伤定量及寿命预测的研究提供参考依据。