砂岩多步压剪的声发射特性研究

为了了解砂岩多阶段性应力分布特征,进行了多步压剪实验,加载速率分别为0.02 kN/s、0.1 kN/s、0.5 kN/s,并同步采集全过程声发射信号。利用最大似然估计法分析了声发射能量统计分布特征,结果表明:(1)多步压剪试验的能量概率密度函数符合幂定律分布,并满足能量上的幂律无尺度分布;(2)加载阶段与恒压阶段声发射信号量相差较大,跨越能量数量级有所不同,但加载、恒压阶段的概率密度函数与整体概率密度函数具有统一性,并可以用同一个幂值来表征;(3)加载阶段与恒压阶段幂值分布具有相似性,与概率密度函数形成良好对应;(4)恒压状态下的岩石具有流变特征,声发射能量信号在小能量区间服从线性分布;(5)加载后期,由于裂纹的扩展以及成核过程岩石会发生相变,此阶段能量概率密度函数与全过程保持一致,不受之前能量信号影响。     

升温和降温对无约束花岗岩热破裂的影响

温度变化会引起岩石内部矿物颗粒膨胀(收缩)不均匀,发生热破裂。温度变化有温度升高和降低两种作用方式,本文通过无约束花岗岩在升温和降温两种温度作用方式下的热破裂声发射实验研究,得到如下结论:(1)花岗岩升温过程中热破裂主要表现为中高温弹塑性破裂;降温过程中热破裂主要表现为中低温脆性破裂;(2)升、降温过程岩石的热破裂机理不同,升温过程主要为压缩热应力集中形成的压剪破裂,降温过程主要为局部拉应力集中造成的拉剪破坏;(3)根据声发射特征参数统计分析,同等温度范围内,岩石降温过程的热破裂声发射事件频度和强度均高于升温过程,约为2倍,降温过程的热破裂比升温过程剧烈。     

偏心旋转低周疲劳下料的声发射特性实验

采用偏心旋转低周疲劳下料工艺,对304不锈钢和16Mn钢两种材料进行了下料实验,通过施加偏心位移的方式施加疲劳载荷,并采集了管料断裂过程中的声发射信号,提取了声发射信号的峭度、幅值、振铃累积计数和频谱。发现这些特征值与断裂过程吻合度比较高,能够比较准确地反映下料过程中的断裂各阶段变化,这是由于声发射信号检测到的是材料的应变能的释放,正好与断裂过程中的能量释放相吻合。对304不锈钢和16Mn钢断裂过程中的声发射信号进行了对比,发现了不同材料的声发射各参数的具体数值有所不同,这是由于材料本身属性的差异造成的。实验结果表明,管料在偏心旋转低周疲劳下料过程中的断裂变化可以通过声发射信号检测,并通过一些特征参数明确地表征出来,声发射可以用于偏心旋转低周疲劳下料的监测。     

声发射在线监测酸性环境下油气管材腐蚀研究综述

高含H2S或特高含H2S气藏越来越多投入开发利用,给油气管材带来的腐蚀问题受到极大关注。声发射(AE)是一种无损在线监测技术,具有在酸性环境下在线监测油气管材腐蚀的潜在应用。在前人研究的基础上,综述了声发射在线监测腐蚀的原理以及从声发射波形信号中能提取到的与酸性环境下油气管材腐蚀相关的计数、绝对能量(ABS)、累计能量、上升时间/幅度(RA)、平均频率(AVG frequency)以及振幅分布值b值等参数,并基于这些参数对气泡破裂、点蚀以及腐蚀裂纹产生等过程、腐蚀类型识别以及腐蚀源定位进行了综合分析。声发射在线监测技术在一定程度上能够有效识别酸性环境下油气管材腐蚀过程、类型以及定位腐蚀源,从而提高腐蚀检出能力。声发射在线监测技术对酸性环境下油气管道腐蚀防护与监测具有重要意义。     

水泥基材料中钢筋锈蚀初期的声发射信号特征

采用干湿循环的方式来加速钢筋锈蚀,同时运用声发射(AE)技术对钢筋锈蚀过程进行监测,研究了水泥基材料中钢筋锈蚀过程的声发射信号特征.结果表明:砂浆在养护过程中伴随有大量的声发射信号,其峰值频率主要集中在20～60kHz和130～200kHz;水泥基材料在吸水湿胀和脱水盐析过程中均伴随有声发射信号,其声发射信号峰值频率约为50kHz;基于声发射信号能量分布统计分析和b值法,能够较为准确地确定水泥基材料中钢筋锈蚀的产生情况;钢筋钝化膜破裂的声发射信号峰值频率位于100～150kHz,钢筋点蚀的声发射信号峰值频率位于20～70kHz.     

液氮冷却对碳纤维复合材料钻削表面完整性的影响

目的 研究液氮冷却与钻削工艺对碳纤维复合材料钻削质量的影响。方法 采用YG10X硬质合金钻头开展碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料（T300）的液氮低温钻削与常温干式钻削的对比试验研究。分析液氮低温作用下不同钻削参数时的声发射信号有效电压值（Root-Mean-Square of Acoustic Emission Signals,AE-RMS）,并结合孔的加工质量与声发射信号进行有效的识别。结果 与常温干式钻削相比,液氮低温钻削的AE-RMS在钻削阶段平均值增大,且信号相对平稳,在钻出阶段末尾处减小,且无明显突变,孔出口分层因子和出口毛刺减小。在vf=30 mm/min时,孔出口分层因子降低了9.2%,孔壁表面质量提高。结论 与常温干式钻削相比,液氮低温钻削在钻削阶段中,AE-RMS增大,但其波动幅度减小,孔出口毛刺、撕裂等缺陷减少。通过SEM观察,液氮低温钻削下的纤维断口明显减少,树脂涂覆表面整洁平滑,横向纤维与树脂界面有较好的结合性,没有大面积纤维树脂剥离,孔壁表面质量提高。     

基于改进小波阈值-SVM的齿轮故障信号识别

针对在齿轮疲劳试验中需要多次停机拍照的问题,提出基于改进的小波域阈值降噪方法,对采集的齿轮啮合的声发射信号分析,并提取特征矢量作为支持向量机的输入特征向量,识别出故障信号,根据齿轮旋转周期,确定缺陷轮齿。与开箱拍照的记录进行对比,计算得出的问题轮齿和照片记录吻合。该方法减少了因停机拍照造成的齿轮工作数据采集不准确的问题,同时也减少了工作人员的工作量,在后续的实验中该方法得到了有效的应用。     

用声发射预报电瓷强度的研究

对电瓷材料弯曲试验时的声发射特征进行了实验,分析了声发射参数与材料的结构缺陷、断裂力学过程及强度性质之间的依存关系,阐述了用声发射方法无损检测电瓷强度的基本原理与方法。     

西南地区某深埋隧道花岗岩破坏机制与前兆特征研究

通过开展单轴压缩-声发射-弹性波速-SEM扫描试验,对西南地区某隧道花岗岩的破坏模式、机制及前兆特征进行研究。研究发现:(1)该隧道花岗岩破坏具有明显的"时滞型"和"即时型"特征,"时滞型"破坏有时还表现出显著的"间歇型"特征。"时滞型"破坏的声响、现象、孕育时间与持续时间都明显不同于"即时型"破坏;(2)"时滞型"以剪切破坏为主,"即时型"以拉剪复合破坏为主;(3)"时滞型"破坏前,lg(AF/RA)值(AF/RA为可表征破坏类型的声发射特征参数)具有显著升高的趋势,而"即时型"破坏前,lg(AF/RA)值变化趋势不明显;(4)2种破坏发生前,波速都有明显降低的趋势,但"时滞型"破坏的波速降低前兆早于"即时型"出现,波速降低的幅度也大于"即时型";(5)"时滞型"破坏主频带宽明显大于"即时型",而主频均值明显低于"即时型"。"时滞型"破坏前,在170~260 kHz频带之间的主频分布逐渐加强,具有"成核"趋势;而"即时型"破坏前兆特征不明显。研究成果对于西南地区花岗岩岩爆发生机制的认知、预警以及防治具有重要意义。     

准脆性材料声发射的损伤模型及统计分析

岩石、混凝土等材料的声发射是与材料内部损伤密切相关的伴生现象，对其信息的研究有助于揭示材料破裂机制，在地震、岩爆、岩体稳定、应力量测等工程领域有广泛的应用。利用累积声发射数与损伤变量一致的观点，建立准脆性材料声发射的损伤模型，得到声发射率和Kaiser效应的一般表达式，并给出恒位移速率和恒荷载速率加载方式下声发射率与时间的解析关系。在一般情况下，声发射的位移或应变变化率与加载方式和加载体的刚度无关，由材料本身决定；当采用恒位移速率加载并调节加载体的刚度或采用恒荷载速率加载，声发射都会出现前震-主震模式。通过假定损伤演化函数分别为Weibull和对数正态分布概率密度函数，证实材料的声发射活动普遍存在初始平静、接近强度极限时剧烈、后期逐渐沉寂等过程；当材料均匀程度由高到低变化，声发射存在主震、前震-主震-后震和群震3种声发射模式，再现Kaiser效应，并且每次重新加载并超过前次荷载水平后，声发射活动变得更加剧烈。