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。     

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.     

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％．     

涂层疲劳损伤声发射特征参数及损伤机理

使用超音速等离子喷涂设备在1045钢基体上制备了铁基合金涂层。以球盘式接触疲劳试验机为平台,研究了涂层接触疲劳损伤过程中声发射特征参数的变化规律,并分析了涂层的接触疲劳损伤机理。结果表明,在转速为2500r/min和应力水平为1.58GPa实验条件下,点蚀是涂层的主要失效形式,表现为在涂层磨痕轨迹范围内出现大量的点蚀坑,点蚀坑深度为20～30μm。涂层表面粗糙的微凸体与轴承球滚压接触产生黏着磨损,以及涂层、磨粒、滚动轴承三者形成三体磨料磨损是点蚀失效产生的主要原因。声发射幅值、有效值(Root Mean Square,RMS)、能量、计数和平均频率对涂层表面粗糙微凸体去除、弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定扩展和失稳扩展过程比较敏感,并且在不同的疲劳损伤阶段具有不同的信号反馈特点。     

聚乙烯醇纤维混凝土温度疲劳损伤演化声发射监测技术研究

本文通过对掺入聚乙烯醇（PVA）纤维的混凝土试件进行温度疲劳声发射试验,来研究PVA纤维混凝土损伤演化机理。首先,通过温度疲劳试验,得到了PVA纤维混凝土损伤实时的声发射监测数据;然后,基于试验全过程的声发射特征信号,根据声发射能量、计数相关图,并通过比较不同掺量PVA纤维混凝土声发射信号,揭示了PVA纤维混凝土的损伤演化过程;最后,利用裕度指标分析声发射信号,对混凝土的损伤程度做出定性的评估;此外,通过计算声发射特征信号的Kurtosis指标和b值指标,发现PVA纤维混凝土的温度疲劳有三个明显的损伤阶段。     

岩体声发射与微震监测定位技术及其应用

岩体在破坏之前 ,都会出现声发射和微震现象。通过仪器监测声发射和微震 ,就可以判定岩体的失稳状态及其位置。文中论述了监测和定位原理 ,简介了专门开发的单通道监测仪和多通道监测定位系统的结构和功能。该系统的绝对定位误差为 8 6m ,相对误差小于 10 %。在 4个有色金属矿山的实际应用表明 ,利用该系统的监测结果 ,可对采场或空区的稳定性作出及时、准确的评价 ,对岩体的失稳状态作出预报     

岩体声发射与微震监测定位技术及其应用

岩体在破坏之前 ,都会出现声发射和微震现象。通过仪器监测声发射和微震 ,就可以判定岩体的失稳状态及其位置。文中论述了监测和定位原理 ,简介了专门开发的单通道监测仪和多通道监测定位系统的结构和功能。该系统的绝对定位误差为 8 6m ,相对误差小于 10 %。在 4个有色金属矿山的实际应用表明 ,利用该系统的监测结果 ,可对采场或空区的稳定性作出及时、准确的评价 ,对岩体的失稳状态作出预报     

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。     

应用声发射技术监测Q235钢的点蚀

声发射(AE)可灵敏地检测材料结构的变化及损伤,目前对该技术用于金属点蚀监测的研究不多。建立了有效的AE试验平台,提取了Q235钢点蚀过程中产生的AE信号样本。结果表明,该信号特征与理论分析相吻合,低碳钢点蚀过程确实会产生AE信号。该技术可用来研究腐蚀发展规律及监测和评估腐蚀损伤。     

金属疲劳断裂的声发射检测技术

疲劳断裂是金属结构的主要失效形式,通过金属疲劳断裂时声发射特征参数的提取,建立了声发射特征参数和裂纹扩展速率之间的关系,由试样的三点弯曲疲劳试验,证明采用声发射技术监测疲劳裂纹的扩展,不仅与疲劳裂纹扩展的变化规律相似,而且能实时的捕捉到疲劳裂纹的产生。     

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.     

碳纤维编织复合材料弯曲损伤破坏声发射监测

为研究碳纤维编织复合材料的弯曲损伤与破坏行为,结合声发射(AE)与数字图像相关(DIC)方法互补实验技术,对复合材料在四点弯曲载荷作用下的失效过程进行监测,动态获取AE特征信号和对应的散斑图像,并根据DIC算法得到复合材料在加载过程中的全场变形和应变。结果表明:AE信号在碳纤维编织复合材料中近似呈指数衰减,与谐振式AE传感器相比,宽频带式AE传感器表现出更好的测量性能;复合材料弯曲加载前期,无明显损伤出现,AE信号较少,对应的位移场和应变场变化平稳;复合材料弯曲破坏对应较高持续时间、幅度和相对能量的AE信号。复合材料损伤演化过程的AE响应行为及对应位移场、应变场的变化反映复合材料的变形与损伤破坏过程,为碳纤维编织复合材料的无损评价、健康监测与失效分析提供借鉴。     

开缝衬套成形过程声发射在线监测系统设计

为提高开缝衬套的双轴柔性滚弯成形质量,设计了一套基于声发射信号和虚拟仪器的在线监测系统,该系统主要由数据采集软件、数据采集卡、声发射传感器以及信号调理电路构成,实现对双轴柔性滚弯成形过程的声发射信号进行采集、显示、分析和存储,为开缝衬套双轴柔性滚弯成形过程控制和质量预测提供数据支持.通过实验对比分析了开缝衬套的双轴柔性滚弯过程声发射信号的时域和频域特性.实验结果表明,该在线监测系统响应速度快,性能稳定,能够可靠地实现对开缝衬套双轴柔性滚弯成形过程声发射信号的在线监测.     

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。     

声发射检测技术在复合结构安全监测中的应用

0引言材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(Acoustic Emission,AE),也称应力波发射。声发射是一种常见物理现象,大多数材料变形和断裂时有声发射现象发生,但许多材料的声发射信号强度很弱,人耳不能直接听见,需要借助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射     

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。     

压力容器声发射检测技术的应用

本文通过阐述声发射检测的基本原理,总结了声发射检测的特点,介绍了国内外声发射检测技术的发展历程和现状,并概述了声发射检测技术在压力容器制造、定期维修和检验中的应用进展。     

不同拉伸速率下钢材损伤的声发射监测评价

钢材已成为生产的基本材料,被广泛应用于各行业,目前还没有对其进行损伤动态监测的有效方法。采用声发射技术对钢材Q235在不同的拉伸速率下进行损伤动态监测试验研究,首先通过试验获取了不同拉伸速率时材料的弹性、屈服、强化、颈缩和断裂各个力学行为阶段声发射信号并提取各个特征参数;然后通过各个特征参数累积量历程图归一化曲线对钢材拉伸损伤过程进行评价,发现特征参数累积量历程图归一化曲线可以明显反映出钢材拉伸整体演变过程及各个力学行为阶段特征,并且随着拉伸速率的减小,在屈服阶段的结束端点出现更为明显的突增量,可作为表征屈服阶段和强化阶段的重要转折点。结合拉伸力学,对各个力学行为阶段声发射信号的产生机制和特征进行总结,可为钢材后期声发射信号源的产生机制以及后期损伤定量、寿命预测的研究提供参考了依据。     

基于声发射和双谱分析的铝合金损伤原位监测研究

以列车车体材料7N01铝合金为研究对象,基于声发射和数字图像技术对7N01铝合金三点弯曲损伤过程进行了监测,采用传统的声发射参数与双谱法分析了7N01铝合金裂纹萌生及失稳扩展的声发射特征。结果表明:声发射能量和质心频率可有效预报7N01铝合金微裂纹的萌生。声发射信号的双谱等高线图显示两个频率成分之间的耦合关系,使得识别7N01铝合金三点弯曲过程中的不同阶段变得相对容易。7N01铝合金试样缺口尖端的损伤演变过程的数字图像监测结果,验证了声发射能量和质心频率对裂纹萌生的预测。实验结果显示声发射监测技术为裂纹演变行为的预测提供了依据。