金属裂纹扩展声发射信号特性研究

机械结构件中的应力集中使得结构极易产生裂纹并逐渐扩展,裂纹扩展时伴有声发射信号,因此有必要对结构件中裂纹扩展时的声发射信号进行特征研究。为研究金属板件中的裂纹声发射源特征行为,通过分析板件中的裂纹声发射源,从理论上推导了裂纹声发射的幅值和频率特征表达式。在裂纹扩展过程中,金属板件的裂纹声发射信号幅值与声发射源的开裂长度和拉伸应力的乘积成正比,频率与裂纹开裂速度成反比,且与裂纹开裂长度成正比。用声发射检测系统对预制有初始裂纹的金属板件进行拉伸状态下的声发射监测,通过对声发射信号求取功率谱密度估计,实现不同声发射信号以功率谱在频域的分布为信号特征的有效区分。实验结果与理论分析相符合,研究结果对金属板件的裂纹声发射检测技术具有重要意义。     

高强度低碳马氏体型钢的组织结构与疲劳性能的关系

本文对高强度低碳马氏体型钢的组织结构和疲劳性能间的关系进行了系统的研究。试验表明,在低温回火状态下,典型钢种25Si2Mn2CrNiMoV具有优良的疲劳强度和疲劳裂纹扩展抗力。试验钢中板条马氏中的位错亚结构,弥散分布的e碳化物以及良好的微观塑性延长了疲劳裂纹的萌生期。马氏体板条束,马氏体板条晶间的位向差以及马氏板条间的残余奥氏体薄膜则是控制疲劳裂纹扩展速率的组织结构因素。文中对在回火马氏体脆性区造成疲劳性能恶化的原因也进行了分析讨论。     

冷轧DP590双相钢板脉冲激光焊接接头的组织及性能

采用脉冲激光对接焊接1.0 mm厚冷轧DP590双相钢板,研究了焊接接头的显微组织、力学性能及成形性能。结果表明:焊缝区、热影响区、母材区的显微组织分别为板条马氏体,铁素体和板条马氏体、铁素体和马氏体;焊缝区、热影响区、母材的平均硬度分别为344,275,205HV;焊接接头拉伸断裂位置出现在母材区,为韧性断裂;杯突试验过程中裂纹在焊缝中心处形成后垂直于焊缝向热影响区和母材扩展,裂纹在焊缝区切断马氏体板条扩展,而在热影响区和母材区则沿着铁素体和马氏体界面扩展;焊接接头具有良好的成形性能,其杯突值为母材的81.9%,可满足实际生产要求。     

风力机叶片裂纹的动态扩展特性研究

首先推导了风力机叶片裂纹尖端塑性区的应力强度因子,确定了影响裂纹扩展的主要因素,然后根据裂纹扩展时的声发射信号特性,探讨了声发射信号的特征提取方法。在试验中分析了不同试件的裂纹形貌特性,并针对采集的裂纹扩展声发射信号,比较了不同小波基函数对声发射信号特征提取的影响,提取了裂纹动态扩展的特征频率,从而建立了声发射特征参数与声发射源之间的关联机制,为风力机叶片状态监测和早期预警提供理论依据。     

基于声发射技术的金属高频疲劳监测

采用声发射技术监测高频疲劳条件下金属材料裂纹的扩展。介绍了如何运用软硬件处理的方法，从采集到的信号中分离出裂纹扩展的声发射信号。从处理后的声发射信号与观察得到的裂纹扩展对比来看，声发射参数的变化能够有效地反映材料疲劳裂纹扩展的过程，并且能更早地发现试样内部微小裂纹的变化。通过试验，得出了紧凑拉伸试样在裂纹稳定扩展阶段声发射信号能量率与应力强度因子幅值之间的关系式。     

基于声发射监测的压力容器钢裂纹损伤评价系统

基于Python语言设计并开发了一种声发射特征提取与损伤评价系统,实现了声发射特征的高效处理与损伤状态的准确评估。通过开展316LN不锈钢的疲劳裂纹扩展的声发射监测试验,对疲劳过程中的声发射信号进行处理和分析,结果表明,多维度声发射参量的经历分析和聚类分析能够有效反映裂纹扩展过程的声发射活动情况。该评价系统能够为工程结构的声发射监测与损伤评价提供参考。     

V形切口复合材料试件拉伸破坏声发射监测

通过对V形切口复合材料试件单向拉伸、分级加卸载拉伸试验及声发射实时监测,研究含切口缺陷复合材料拉伸损伤破坏及其声发射响应特征.结果表明:复合材料切口试件拉伸损伤破坏与声发射特征参量相关;切口尖端的高应力状态导致该区域过早损伤破坏并扩展,且对应较高的声发射相对能量、幅度和急剧增加的撞击数;声发射定位源主要集中在位于试件中部的切口尖端及其扩展区域.     

基于声发射技术的热障涂层拉伸失效模式研究

热障涂层是一种典型的脆性、非均质、多层结构的材料。服役过程中受热-力载荷的作用,将会导致涂层过早的剥落失效,其主要的失效形式为陶瓷层开裂和界面剥落失效。热障涂层的失效主要是微裂纹萌生、扩展及连通导致。利用声发射技术结合微观形貌观察,研究了拉伸载荷下热障涂层的失效过程,并识别热障涂层裂纹损伤模式。根据不同载荷下的微观形貌观察,研究拉伸载荷下热障涂层的失效过程;利用声发射特征参数分析法(如声发射事件数、幅值),将热障涂层的失效过程分为几个不同阶段,并结合形貌观察,建立声发射特征参数与裂纹损伤失效信息之间的联系;利用快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)识别热障涂层的损伤模式。结果表明:热障涂层拉伸失效过程为裂纹首先在陶瓷层表面萌生,随后向陶瓷层/粘结层的界面处扩展,到达界面后,裂纹将沿着界面生长与扩展,最终导致热障涂层分层剥落;将热障涂层的失效过程分为四个阶段;频谱分析结果表明基体频率成分大约在0.020MHz,表面裂纹的频率成分在0.20～0.25MHz,界面裂纹的频率成分在0.15～0.20MHz。     

疲劳裂纹扩展声发射信号去噪盲分离

采用声发射技术评估疲劳裂纹扩展状态时,评估结论会受到其它类型声发射信号和噪声的干扰.针对上述问题,在分析经验模态分解和独立分量分析特点的基础上,提出集合导数优化经验模态分解与独立分量分析相结合的声发射信号去噪盲分离方法,用于疲劳裂纹扩展声发射信号的处理.分别进行模拟声发射信号和疲劳裂纹扩展试验,采用上述方法对采集声发射信号进行去噪盲分离,结果表明:基于集合导数优化经验模态分解与独立分量分析的声发射信号去噪方法可有效去除噪声信号的干扰,准确分离出疲劳裂纹扩展声发射信号,为进行含裂纹结构的疲劳损伤状态评估和剩余寿命预测奠定基础.     

低碳板条马氏体钢中大角度界面对解理裂纹扩展的影响机理

利用背散射电子衍射技术研究了0.02C-5Mn低碳板条马氏体钢中大角度界面对冲击断口中解理裂纹扩展或断口附近二次解理裂纹扩展的影响,以分析该钢韧性的组织控制单元;依据马氏体变体中理想解理晶面{100}的取向差,比较了板条束界和板条块界改变解理裂纹扩展方向的能力。结果表明:解理裂纹或二次解理裂纹扩展时在原奥氏体晶界、板条束界和大部分的板条块界处都发生了大角度转折;板条块界和板条束界阻碍解理裂纹扩展的能力相近,板条块是控制板条马氏体钢解理断裂和韧脆转变温度的组织单元。     

钛合金Ti-6Al-4V两种微观结构的裂纹扩展行为研究

介绍对两种均匀锻造的片晶结构的钛合金Ti-6Al-4V的疲劳裂纹扩展性能的研究情况。在材料准备时，注意避免材料的方向性等对性能的影响。采用标准试验方法进行各项力学性能试验，试验数据表明，两种片晶微观结构的钛合金的拉伸强度相差约5％，拉伸塑性相关13％，疲劳行为有较大不同，微观组织细密的钛合金材料的性能比较好。两种片晶的小裂纹扩展速率与长裂纹扩展速率相比有明显增加，但对于本研究的试验条件，在应力比R＝0和R＝－1的情况下，两种状态之间的裂纹扩展行为差别不大。试验数据说明，裂纹闭合是小裂纹效应的主要原因之一。     

显微组织对P92钢蒸汽管道焊缝区蠕变裂纹扩展速率的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对1000 MW超超临界发电机组P92钢再热蒸汽管道焊缝区的显微组织及其对蠕变裂纹扩展速率的影响进行了深入的研究。结果表明,试验用P92钢蒸汽管道焊缝区为回火马氏体组织,其组织极不均匀,主要表现在马氏体的回复程度相差较大。马氏体回复程度越低,板条形态保持得越好,板条越细密,蠕变裂纹扩展速率就越小。在焊缝区,原奥氏体晶界、马氏体板条界及亚晶界上主要分布有两种析出相,即富含钨、钼的Laves相和富含铬的M_(23)C_6型碳化物;而在焊缝区晶体内部除有上述两种析出相外,还有富含钒、铌的MX型碳化物,且Laves相总伴生在M_(23)C_6型碳化物处。     

裂纹扩展过程中电磁谐振疲劳试验系统动态特性分析*

电磁谐振疲劳裂纹扩展试验系统是一种工作在谐振状态下测试金属材料断裂特性的试验装置,要求在裂纹扩展过程中精确跟踪系统的固有频率和控制试验载荷,为达到这一目的,需要对裂纹扩展过程中系统的动态特性进行精确的分析。据此,建立3自由度有阻尼电磁谐振疲劳试验振动系统的数学模型,采用ANSYS有限元法计算CT紧凑拉伸试件的刚度,研究不同材料试件刚度、系统固有频率,试验载荷幅频曲线、共振振幅在裂纹扩展过程中的变化规律,并进行相关试验,试验结果表明：系统固有频率计算值与试验测量值之间的最大偏差为1.9 Hz;系统动态特性仿真结果与试验结果能够较好地吻合。该研究结果为电磁谐振式疲劳试验载荷的高精度控制提供了理论依据。     

机体飞行载荷疲劳试验中的声发射特性分析

机体飞行载荷疲劳试验是全尺寸飞机疲劳试验的最关键部分,主要目的是暴露机体结构疲劳薄弱部位和疲劳损伤关键部位,确定这些位置疲劳裂纹的扩展特征。论文介绍利用声发射技术对应力集中且可达性差的关键部位进行实时监控的细节,通过分析声发射特性,及时得到监测区域内裂纹萌生扩展的起始时间和位置的信息。详细叙述在高背景噪声环境下如何获取有用声发射信号的方法,包括使用谐振式传感器,采用空间滤波技术、基于统计平均的特征参数趋势分析和基于幅度的相关参数趋势分析的相互验证,以及采用载荷滤波、幅度滤波和空间滤波相结合的综合滤波方法。结果表明,这种声发射信号快速处理方法成功的实时监测到螺栓孔周围裂纹的萌生和扩展过程。     

转轴裂纹声发射监测研究

声发射技术作为一种无损检测方法,可以找到声发射信号和裂纹扩展之间的关系,分析材料变形与断裂机制。介绍了声发射技术用于转轴裂纹监测的研究,分析了声发射信号与转轴裂纹扩展之间的关系。实验表明采用声发射技术可以对转轴裂纹进行监测,证明了声发射技术在转轴监测上的可行性。     

基于声发射和神经网络的风机叶片裂纹识别研究

提出一种对风力机叶片裂纹声发射信号进行模式识别的方法。该方法以叶片无裂纹、萌生裂纹、扩展裂纹和断裂四个阶段为声发射源的四个模式,基于声发射信号含有丰富的发射源信息的特点,通过大量采样获得叶片裂纹声发射信号参数,并依照叶片裂纹声发射参数分析的数值特点确定BP神经网络,用选定的网络对叶片裂纹阶段进行模式识别,以判断裂纹的危害程度。仿真结果表明,利用BP神经网络可以对声发射信号进行有效识别,识别准确率达到90%以上。     

声发射试验的中碳钢构件疲劳裂纹的仿真模型

通过Abaqus建立中碳钢构件的有限元模型,在给定初始裂纹的基础上,利用扩展有限元法(XFEM),仿真得到裂纹扩展过程中塑性应变能和弹性能的变化曲线。结合中碳钢试件的声发射试验,处理试验数据得到裂纹扩展过程中声发射信号的绝对能量曲线,以及通过红外热像仪的记录得到裂纹扩展过程中温度变化曲线。仿真得到的弹性能与试验中得到的能量曲线具有相同数量级,同时根据仿真得到的塑性应变能反向推导中碳钢最终断裂时温度变化显著的区域尺寸,与红外热像仪记录的温度变化显著的区域尺寸相符。试验得到的结果与仿真得到的结果基本吻合,这就为中碳钢疲劳寿命预测的声发射试验提供了理论依据。     

基于信息熵的轧辊裂纹声发射三维定位方法

在平整机的轧制过程中,轧辊表面承受巨大的接触应力、交变应力和摩擦力作用,易产生裂纹。在复杂载荷的作用下,裂纹会成为疲劳核心,其尖端的应力急剧增加并导致裂纹扩展,严重时会造成断辊事故发生。同时,裂纹的不断扩展伴随着应力波的释放,产生声发射(Acoustic emission,AE)现象。利用声发射技术对平整机轧辊裂纹进行定位,不需要全辊身进行逐点扫描,检测效率高,实时性好。针对平整机轧辊的声发射三维定位中存在的定位"多源性"干扰问题,提出基于信息熵的轧辊裂纹声发射三维定位方法。利用信息熵对声发射参数进行权重的量化,进而获得评价轧辊状态的综合指标;根据正常辊综合指标的分布,确定干扰源的指标范围;利用此范围将裂纹辊中的干扰源有效剔除,进而提高裂纹辊的定位精度。利用该方法对某钢厂冷轧平整机的正常辊和裂纹辊的试验数据进行分析,处理前后的结果验证了方法的有效性,为准确及时地检测出裂纹的位置信息、保证轧辊的安全生产提供有力的数据支持。     

车削加工中的声发射的研究

<正> 声发射(简称AE)是受力物体由不稳定的高能状态向低能状态过渡时释放出来的弹性波,它是由材料内部缺陷、裂纹或微观不均匀所引起的,目前已在无损检测方面得到较广泛的应用。从本世纪70年代开始,日、美、英等国都相继开展了应用声发射监控刀具破损和磨损裂纹的研究工作,取得了一定的进展。本文试图用试验方法探求声发射信号与切削过程之间的关系,寻求适宜的衡量刀具磨损量的指标,并考察用声发射进行切屑形状自动识别的可能性。     

BK7光学玻璃金刚石划刻声发射信号的特征提取

以金刚石压头划刻BK7光学玻璃为研究对象,分析了脆性材料脆性去除过程中的声发射机制,研究了声发射信号的特征提取技术。多种切深实验显示:BK7光学玻璃发生脆性去除的特征主要集中在[100,200]kHz、[300,400]kHz两个频段,对应不同的声发射机制,其中[100,200]kHz频带的滤波信号呈现明显的、时间间歇的突发式声发射现象,与脆性材料裂纹的生成与扩展密切相关。基于上述实验结果,提出了以突发式声发射事件为单位的特征监测方法。针对该带通滤波信号的均方根值(RMS),研究了基于凸优化理论的声发射事件识别算法,得到了脆性材料裂纹扩展的时刻及能量信息。得到的结果表明:以声发射事件为单位的特征监测具有明确的物理意义,能够更加客观地表征脆性材料的去除过程。