Investigation on the effect of EDM process variables and environments on acoustic emission signals

Abstract

The performance of electrical discharge machining (EDM) primarily depends on the spark quality generated in the inter-electrode gap (IEG) between the tool and workpiece. A method for obtaining accurate information about the spark gap is required to effectively monitor the EDM process. The rise and fall of thermal energy in the discharge zone at a rapid rate during the dielectric breakdown produces high-pressure shock waves. This work explores the suitability of using acoustic emission (AE) generated from these shock waves and the elastic AE waves released on the workpiece due to the induced stress to monitor the performance and spark gap in EDM. The information content of the AE signals acquired at various machining conditions was extracted using AE RMS, spectral energy and peak amplitude. These features were able to well discriminate the machining condition, tool material, workpiece material, flushing pressure, current density, the initial surface roughness of the tool. Additionally, the AE signal features had a good and consistent correlation with the performance parameters, including material removal rate, surface roughness (Ra and Rq) and tool wear. The findings lay the groundwork to develop an effective, non-intrusive in-situ AE-monitoring system for performance and IEG condition in EDM.     

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。     

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。     

单轴受压岩石破坏全过程声发射特征研究

在刚性试验机上，对单轴受压岩石破坏全过程进行声发射试验，得到了岩石破坏全过程力学特征和声发射特征，包括岩石应力-应变曲线、声发射事件数等，研究了声发射事件数(AE数)、事件率与应力、时间之间的关系。研究表明：岩石在一次性加载过程中，不是所有的岩石都具有典型的Kaiser效应的声发射特征点：在弹性阶段的初期和后期，随着应力水平的增加岩石声发射显著增加，特别在弹塑性高应力阶段，岩石声发射增长迅速；岩样在试验接近峰值强度时单位时间内的应力增长速度减小，声发射事件率出现明显下降，即出现相对平静阶段；声发射事件率在不同应力水平变化很大，峰值强度后的声发射现象仍然明显，其声发射特征随岩样破坏形式的不同而不同。     

北京房山花岗岩原地应力状态AE法估计

在北京房山花岗岩体中钻了一个深301m，直径101mm的钻孔。从钻孔深度30～301m，利用水泥端帽法对岩芯进行了定向。对深度270和294m的定向岩芯进行了声发射Kaiser效应试验。水平面内最大主应力的方向基本为南北方向。将声发射Kaiser效应测量结果与水压致裂法的测量结果进行了对比，二者具有很好的一致性。     

碳纤维水泥基材料的声发射特性实验研究

研究了碳纤维水泥基材料在不同制作工艺下的声发射特性.结果表明,利用声发射可以定性评价碳纤维的分散性;不同掺量的分散剂和硅粉,可以改善碳纤维的分散性及碳纤维水泥基材料体系的均质度,并在单轴压缩下表现出不同的声发射特性.     

岩石中的声发射和裂缝扩展（英文）

ACOUSTIC EMISSION AND CRACK DEVELOPMENT IN ROCKS@刘浩$香港合东中国育限公司     

不同加载速率下CFRP加固混凝土梁动态力学性能试验研究

混凝土动态力学行为具有明显的率相关性,为此对CFRP加固混凝土梁试件开展了4种加载速率(0.1、0.01、0.001mm/s和0.0005mm/s)下的力学性能试验，通过位移控制的单调加载方式研究不同加载速率对CFRP加固混凝土梁试件的破坏过程、荷载-裂缝张口位移曲线、断裂能和延性指数的影响。基于实时、动态的声发射无损检测技术，对不同加载速率下CFRP加固混凝土梁断裂过程中的声发射参量进行识别和采集，从声发射角度分析了CFRP加固混凝土梁的受力特性。结果表明：低加载速率下，试件侧面预制缝附近伴有其他裂缝产生，且加载速率越低，其裂缝越明显；CFRP加固混凝土梁的开裂、极限、破坏荷载随加载速率的提高而增大；随着加载速率的提高，CFRP加固混凝土梁的断裂能和延性指数均明显增大；声发射累积振铃计数随加载速率的提高而增大。     

Back-analysis of rock mass strength parameters using AE monitoring data

Most back-analyses in geotechnical engineering are based on methods that utilize field displacement monitoring data. In the present study, a novel method is developed to back-calculate rock mass strength parameters from AE (acoustic emission) monitoring data in combination with FEM stress analysis. The method is based on the important concept of generalized AE initiation threshold of rock masses, established from comprehensive data analysis of laboratory test and underground monitoring programs using AE and microseismic (MS) techniques. An easy-to-use Wizard is developed in Microsoft Excel™ to assist site engineers to perform the back-analysis. The efficient solver in Excel is utilized to reach the optimization solution of an objective function with constraints. The Wizard allows the user to complete the analysis process in an interactive fashion. One example is given to demonstrate the back-analysis process using AE monitoring data recorded from a cavern site. The rock mass strength parameters identified from this approach compare well with field test data, suggesting that the tool can be used effectively to back-calculate rock mass strength parameters from AE monitoring data.     

热障涂层无损检测技术研究进展

为提高发动机的涡轮前温度和热端部件服役寿命,热障涂层（TBCs）被广泛应用于燃气涡轮发动机。热障涂层具有多相、多界面和非均质特性,且其服役工况恶劣复杂。寻找一种可以表征涂层显微组织、缺陷、热物性、应力等反映涂层质量和剩余寿命的无损检测方法,对发动机的热端部件安全性和可靠性至关重要。文中综述了超声检测技术（UT）、声发射技术（AE）、红外热成像技术（IRT）、阻抗谱技术（IS）和光激发荧光压电光谱技术（PLPS）的原理以及其在热障涂层无损检测中的研究应用,并详细介绍了太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术及其在热障涂层中的应用。最后总结了上述无损检测方法的检测能力,并对热障涂层无损检测方法进行展望。