等离子喷涂Fe基合金涂层组织及接触疲劳损伤性能的研究

使用超音速等离子喷涂设备在45钢基体上制备了铁基合金涂层,采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,借助显微硬度仪测定了涂层截面的硬度分布,以球盘式接触疲劳试验机为平台,利用声发射技术实时监测涂层的接触疲劳损伤过程。结果表明,涂层组织主要是由α(Fe,Cr)相和网状的Cr7C3组成,纳米级α(Fe,Cr)相分布于裂纹周围。声发射特征参数RMS可以反映涂层的接触疲劳损伤程度,在转速为2500r/min和应力水平为1.8489GPa实验条件下,分层是涂层失效的最终形式。     

涂层接触疲劳损伤过程中的声发射小波分析

采集铁基合金涂层在不同接触疲劳损伤阶段的声发射信号,并采用dB10基本小波对其进行5层小波分解和重构,分析了疲劳损伤声发射信号的波形和频率特征。结果表明:裂纹萌生阶段的原始声发射信号以连续型为主,裂纹的稳定扩展阶段以混合型为主,裂纹的失稳扩展阶段以突发型为主;通过小波变换实现了将疲劳损伤声发射信号与干扰波分离,获得了高信噪比的疲劳损伤特征信息;在不同的疲劳损伤阶段,声发射信号的频率分布各不相同。随着疲劳损伤的加剧,各层的波形幅值呈增大的趋势,并且疲劳损伤频率分布范围也更加的广泛。     

制绳钢丝疲劳损伤过程声发射研究

研究了制绳钢丝在高周疲劳过程中的声发射（ＡＥ）行为．结果表明, ＡＥ过程明显分为三个阶段,分别对应钢丝塑性变形、疲劳裂纹成核和裂纹扩展裂纹孕育及成核期约占整个疲劳寿命的７０％;裂纹扩展占３０％．     

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。     

基于声发射技术监测疲劳磨损失效的研究进展

现代工业的一些重要零部件在变载荷的作用下易发生疲劳磨损失效.声发射技术作为一种新型的无损监测技术,可以实现早期的安全预警,被广泛应用在机械零件、工程构件及涂层的失效监测上.参数分析法是最常用的声发射信号处理方法.典型的声发射特征参数包括能量、计数、幅值等.对声发射信号参数法分析轴类零件及涂层的失效模式的研究现状进行了较为全面的综述,最后总结了目前存在的问题,简述了解决思路,以期为声发射技术监测疲劳磨损失效奠定良好的基础.     

基于声发射技术的热障涂层损伤行为

热障涂层以优异的隔热、耐磨和耐蚀性而被广泛应用于航空涡轮发动机中。由于热障涂层体系内部结构复杂,服役环境苛刻,导致其失效不可预测。热障涂层系统内的表面开裂和界面分层是限制热障涂层长时间使用的瓶颈问题,且热障涂层的过早剥落失效会导致合金基体暴露在高温燃气中,这可能引起灾难性的后果。针对涂层的裂纹扩展行为,最重要也最直接的研究方法就是对热障涂层的整个失效过程进行实时无损检测,为寿命预测提供最直接的证据。声发射技术是一种实时动态的无损检测方法,可直接检测热障涂层失效过程中的裂纹扩展行为,因此在热障涂层失效检测领域得到了广泛的应用。然而,造成热障涂层损伤失效的因素较多,如失效机理复杂、失效形式多样,以及声发射信号本身的随机性和不可逆性,使得利用声发射技术检测热障涂层失效整个过程的研究还不够全面。目前,已通过声发射技术的参数分析和波形分析实现了对热障涂层损伤失效的定性、定量和定位分析,并对涂层寿命进行了预测。参数分析是以多个简化的波形特征参数来表示声发射信号的特征,即对一些特征量进行统计的过程,如能量、频率、幅度等。采用声发射特征参数法可定量评估热障涂层的损伤程度并对涂层的寿命进行预测。目前人们从连续损伤累计、某一特定参量变化等多个角度预测热障涂层的寿命,但是各种寿命预测模型主要是根据实验结果的经验或半经验公式,随着热障涂层的发展以及对热障涂层失效机理认识的不断加深,寿命预测模型也在不断发展与完善。波形分析是通过对声发射信号的时域波形或频谱特征分析来获取缺陷信息的一种信号处理方法。从理论上讲,波形分析应当能给出任何所需的信息,因而波形也是表达声发射源特征最精确的方法,目前主要通过小波变换把声发射波形信号从时域变换到频域,进而识别其损伤模式并实现声发射源的定位。本文对声发射技术进行了简要的介绍,总结了声发射技术参数分析和波形分析在热障涂层损伤模式识别、损伤位置的定位、损伤程度的定量评估和剩余寿命预测方面的研究进展,指出了当前研究中存在的问题并对其下一步的发展进行了展望。     

基于自相似性的混凝土损伤分析及声发射机理

声发射是一种能够动态反应材料微观结构变化的弹性波.对混凝土的声发射机理进行研究是混凝土损伤分析的有效方法.基于自相似方法对混凝土的声发射机理进行分析,研究了混凝土在轴向加载方式下的损伤过程.通过对比混凝土声发射的自相似特征值与应力之间的变化关系,将混凝土的破坏细化为一个内部结构不断被压密破坏的循环往复过程.研究结果表明,混凝土裂纹扩展处微裂纹的开闭导致混凝土应力呈现周期性的变化,使混凝土的声发射参数无法准确反映混凝土应力变化,在研究声发射参数与力学参量的定量关系时,应考虑微裂纹开闭对应力变化的影响.     

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。     

声发射技术在工程结构疲劳损伤监测中的应用和展望

疲劳失效是工程结构和材料科学研究领域都十分关注的问题。研究疲劳损伤机制对于解决工程结构疲劳失效问题是很重要的。应用断裂力学理论研究工程结构的疲劳问题已取得了显著的成果，随着声发射技术研究的深入，将二者结合起来必将成为疲劳问题研究的更有效方法之一。阐述了国内外采用声发射技术对工程结构疲劳裂纹损伤监测中的声发射源机制状况的研究，展望了声发射技术结合断裂力学在该领域的应用前景。     

小波变换在声发射信号特征参数检测中的应用

本文论述了小波变换在声发射信号的事件计数特版在数检测中应用的理论和方法,用小波变换来检测声发射信号的事件计数特征参数,其准确率与域值电平的取值在大小无关,从而可大大提高声发射信号特征参数检测的准确度,该方法可用于旋转机械（特别是大型汽轮发电机组）的碰磨故障和裂纹故障的检测。     

等离子喷涂铁基涂层的接触疲劳失效机理研究

对超音速等离子喷涂铁基涂层的接触疲劳失效机理进行了研究.使用球盘式接触疲劳试验机进行了涂层的接触疲劳实验,并通过对失效试样表面形貌的观察,总结出了涂层三种典型的失效形式,即点蚀、剥落和分层.分别研究了三种失效形式的相应的失效机理,结果表明:点蚀失效是由粗糙的表面引起的;剥落失效是由于表层与次表层的微观缺陷引起的;而分层失效则由涂层内部的剪切应力机制决定.     

Nondestructive Evaluation of Fiberglass Reinforced Plastic Subjected to Combined Localized Heat Damage and Fatigue Damage Using Acoustic Emission

The effect of fatigue damage to unidirectional fiberglass composite specimens with prior contact heat damage was investigated. After damaging the specimens by contacting them to a hot tip at 360°C, the specimens were subjected to fatigue loading at cyclic stress amplitude corresponding to 65% of the specimens' ultimate tensile strength. The fatigue experiments was halted after 3,000 cycles. The specimens were then subjected to tensile tests while monitoring their acoustic emission (AE) activity. In addition, acoustic emission activities of undamaged and contact heat-damaged specimens were monitored during tensile tests for comparison with specimens with combined fatigue and heat damage. AE activities of all specimens can be categorized into three regions: an early rise in activity, a relatively dormant period in activity, and a high exponential activity before failure. The early rise in activity did not appear on the specimens with combined contact heat and fatigue damage. For undamaged and contact heat-damaged specimens, the period of the dormant activity was independent of the contact heat duration of less than 15 minutes. However, the period was a function of the contact heat duration for combined contact heat and fatigue damaged specimens. Analyzing event duration distribution identified micro-mechanisms of the damage growth upon tensile loading. AE-stress delay concept was used to predict the state of the damage in the composite. A correlation between stress delay parameter and damage parameter was obtained for all of the specimens. Fatigue life of contact heat damaged specimen was also studied. It was found that localized heat damage reduced the fatigue life significantly. Loss of matrix to transfer the load to the fibers uniformly was believed to be responsible for the reduction in the fatigue life.     

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。     

声发射技术在疲劳失效领域的研究进展

疲劳失效是一种具有突然性和灾难性的失效形式,因此对材料的疲劳失效进行监测显得尤为重要。与传统的疲劳裂纹检测方法相比声发射技术能够对材料的疲劳失效过程进行实时、在线监测,因此在疲劳失效监测领域得到了广泛的应用。对声发射技术进行了简要的介绍,总结了声发射技术在疲劳失效过程监测和疲劳寿命预测两方面的研究进展,指出了当前研究中存在的问题并对其下一步的发展进行了展望。     

基于声发射信号参数分析的耐火材料损伤聚类研究

耐火材料声发射信号可分为单一突发型和叠加突发型两种,通过分析其波形特征,将上升时间、持续时间、幅度、能量、计数和质心频率作为区分这两种信号的特征参数,利用K均值聚类方法,实现耐火材料不同损伤类型的声发射信号分类。利用该方法对MgO-C耐火材料受压损伤信号进行分析,研究结果表明:单一突发型信号主要频率成分单一集中,信号主要呈现50～60kHz和150～160kHz两种频率段,叠加突发型信号主要频率成分为上两种频率成分的叠加;将信号分为3类,第1类和第2类信号反映了具有计数少、持续时间短和能量小特点的单一突发型信号,第2类信号的损伤强度大于第1类,第3类信号反映了具有计数多、持续时间长和能量大特点的叠加突发型信号。     

基于声发射信号的三维针刺C/SiC复合材料拉伸损伤演化研究

本研究对三维针刺C/SiC(3-dimension needled C/SiC, 3D-N C/SiC)复合材料进行室温单调拉伸和拉伸加载-卸载试验, 利用声发射技术对试样损伤演化进行动态监测。采用K-均值聚类分析方法对小波降噪后的声发射信号进行了损伤模式识别, 结合试样断口扫描电镜观测, 发现3D-N C/SiC复合材料在拉伸载荷作用下主要存在五类损伤模式: 基体开裂、界面脱粘、界面滑移、纤维断裂和纤维束断裂。通过快速傅里叶变换(FFT)方法对小波降噪后的信号进行频谱分析得出: 3D-N C/SiC复合材料在拉伸载荷作用下主要存在240、370和455 kHz三种频率的损伤信号, 分别对应于界面损伤、基体损伤和纤维损伤。结合单调拉伸试验过程声发射信号能量柱分布和加卸载过程累积能量曲线特征, 分析了试样损伤演化机理。     

蜂窝夹层复合材料压缩损伤声发射特征研究

应用声发射技术对蜂窝夹层复合材料压缩损伤过程进行了实验研究。分析载荷与声发射信号经历图,依据其损伤过程和声发射特征,发现随着加载载荷的增加,复合材料的损伤逐步增大。在加载初始阶段,仅有少量声发射信号,各种表征信号量小幅度增加;在加载中期,声发射信号增多,各种表征信号量不断增大;在加载后期,声发射信号明显突增,各种表征信号量急剧增加。复合材料压缩损伤破坏与声发射的幅值、能量、撞击、上升时间、持续时间和计数等参量相关。蜂窝夹层复合材料试件的应力-应变曲线近似为直线,应变速率与声发射信号特征相互对应。