电梯钢丝绳拉伸过程中的声发射特征

采用声发射技术对电梯钢丝绳拉伸过程进行监测,获取钢丝绳断丝信号,并对断丝信号进行参数分析和波形分析。试验结果表明:声发射检测技术能很好地定性辨识断丝信号。断丝信号具有高幅值高能量的特点,信号幅值在80~100 dB之间或绝对能量在2×10~6 mV·s以上的信号可定性认定为断丝信号。通过对具有这些特征的信号进行统计,可对钢丝绳断丝情况定量计算,从而推断出钢丝绳的剩余强度。钢丝绳断丝信号为突发型信号,对信号进行快速傅里叶变换可得知断丝信号的频率主要分布在0~220 kHz之间,且在25~50 kHz之间有明显的能量峰值。     

基于声发射多特征融合的搅拌摩擦焊缺陷监测

搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)是一个多物理场耦合过程,焊接过程中声发射信号与焊接缺陷具有关联性. 基于声发射检测与多特征融合研究FSW缺陷监测方法,实时检测固态介质中的声发射信号,利用短时傅里叶变换、小波变换、梅尔频谱对声发射信号进行分析,确定焊接缺陷与声发射信号之间的相关性,最后通过concat融合方法构建多特征向量. 结果表明,FSW在预制缺陷处具有不同的声发射信号特征. 短时傅里叶、小波变换的主要频段集中在20 kHz,出现缺陷时功率分别达到?40,0.8 dB以上,梅尔频谱的主要频段集中在3.5 kHz出现缺陷时功率达到?40 dB以上. 应用多层神经网络分别建立基于单特征、多特征向量的焊接缺陷识别模型,多特征向量的焊接缺陷识别模型在数据集中的平均识别率达到97%,比基于单一特征缺陷识别模型提高18%. 研究的多特征缺陷识别模型能更准确地对焊接状态进行识别与监测.     

异种钢接头热影响区裂纹扩展声发射特征信号分析

文中以P92钢与Ni基焊材焊接热影响区为研究对象,通过采集紧凑拉伸试验过程中异种钢接头热影响区启裂及裂纹扩展的声发射特性信号,分析裂纹扩展的声发射信号幅值、频率分布、能量及振铃计数等特征参数,同时分析声发射特征信号与断口形貌之间的对应关系。结果表明：裂纹扩展声发射信号均为突发型信号,频率主要集中在50～200 kHz;裂纹稳定扩展的声发射信号具有平均幅值较低、总能量和振铃计数率参数变化平缓的特点;裂纹失稳扩展的声发射信号具有平均幅值较高、总能量和振铃计数率参数呈瞬时增加的特点;裂纹稳定扩展阶段的声发射特征信号与韧性断口特征相对应;裂纹失稳扩展阶段的声发射特征信号与准解理断裂或解理断裂特征相对应。     

基于声发射技术的金属马氏体相变检测方法

提出了一种基于声发射技术的金属材料马氏体相变检测方法,采用时域和频域分析法对激光表面淬火工艺中产生的声发射信号展开分析,提取了声发射信号的平均值与RMS值（均方根值）并进行快速傅里叶变换。结果表明,当发生马氏体相变时,声发射信号能量的平均值与RMS值均出现显著增加;声发射信号的FFT变换在100~300 kHz的频率范围内幅值成分强度显著增加,频谱“重心”后移,可见激光表面淬火工艺中的马氏体相变特征能够成功地从声发射信号中提取出来。     

起重机箱形梁结构表面裂纹扩展的声发射特性

采用声发射技术监测带有表面焊接裂纹的箱形梁结构的三点弯曲试验。分析了箱形梁试件受载弯曲过程中裂纹扩展的声发射信号特征,比较了加载过程中不同载荷水平下定位源信号的声发射参数特征。研究发现,表面裂纹扩展的声发射信号为突发型信号,其幅度主要为45～60dB,频率主要分布在100～450kHz。试验结果表明,线定位方法可以对箱形梁试件中的裂纹缺陷进行准确定位。     

基于声发射技术的PDC复合片性能的分析

PDC钻头在钻进过程中出现崩齿、掉片以及聚晶金刚石(PDC)层脱落是影响钻头工作的关键因素。使用声发射仪采集了PDC复合片在加载过程中的声发射信号,并且采用小波分析方法对PDC的声发射信号进行了时频分解。结果表明,通过时频分解可以得到PDC复合片的AE特征信号;PDC复合片中弹性变形的信号频率集中出现在低频信号中,且AE信号的幅度与载荷大小呈正相关;高频信号中的突发型信号可以反映PDC层在载荷作用下的损伤情况。     

解调同步压缩变换及其应用于变转速滚动轴承故障诊断

为实现对变转速下滚动轴承的故障诊断，提升设备服役的安全性，在传统基于短时傅里叶变换（STFT）的同步压缩变换（FSST）的理论框架上，针对STFT存在的调制成分造成其瞬时频率（IF）估计不准确、时频模糊的问题，提出一种解调短时傅里叶变换（DSTFT），即在STFT中引入解调算子消除调制对信号的影响，获得更加准确的IF估计值。在此基础上，推导基于DSTFT的解调同步压缩变换（DSST），可以通过时频平面变换系数的重排获得能量高度集中的时频表达。所提出的DSST方法具有IF估计准确、时频脊线能量集中性好等优点。通过数值模拟分析和试验台振动信号分析，验证所提方法在变转速滚动轴承故障诊断中的有效性。     

铝合金疲劳裂纹扩展声发射监测

采用声发射(acoustic emission,AE)技术对7N01铝合金单边缺口三点弯曲试样不同应力比、不同峰值载荷下疲劳裂纹扩展过程中声发射信号进行了监测,建立了裂纹扩展速率、声发射计数(count)与应力强度因子之间的关系.结果表明,大部分的声发射信号主要产生于疲劳循环载荷的低应力阶段,这主要是低应力阶段的声发射活动主要与裂纹尖端的塑性变形和裂纹闭合现象有关,声发射计数与应力强度因子之间呈指数增长的关系.基于所建立的声发射计数率与裂纹扩展速率的关系,可以预测疲劳损伤结构的剩余寿命.     

基于LabVIEW的液压系统故障信号处理方法

应用Lab VIEW结合Matlab软件设计了液压系统故障信号分析系统,从数据采集、预处理到分别通过时、频域信号处理方法有时域分析、相关性分析、频谱分析、倒频谱分析等;时频联合信号处理方法有短时傅立叶变换(STFT)、小波变换(WT)、经验模态分解(EMD)、集合经验模态分解(EEMD)等对液压系统正常、冲击、堵塞以及气穴等不同类型信号进行离线研究和分析。运行结果表明:该系统能对信号故障特征进行提取,以便快速准确地查明和判别故障。     

镁合金拉伸过程中损伤模式的声发射识别（英文）

为了识别不同的损伤模式,采用声发射技术对AZ31镁合金拉伸开裂过程进行实时监测。结果显示,拉伸开裂经历了弹性变形、塑性变形、微开裂、稳定扩展和失稳扩展的损伤过程。通过声发射的多参数分析,确定了4种损伤模式,即塑性变形、微开裂、稳定扩展和失稳扩展。位错滑移导致的塑性变形信号幅度小于70 d B,而孪晶信号的幅度位于70~100 d B之间。微开裂信号能量位于2400到4100 a J之间,而信号上升时间小于800μs。稳定裂纹扩展信号具有较高的峰值前计数,主要分布在20~50范围内,而其振铃总计数却较低,主要分布在20~2000范围内。裂纹失稳扩展信号的平均频率分布在100 k Hz左右,持续时间在2000~105μs范围内。还对不同开裂阶段的损伤机理和声发射源进行了讨论。通过实验测试和讨论,利用不同的声发射信号参数,可以有效识别镁合金开裂过程中同时出现的不同损伤形式。     

单颗磨粒磨削玻璃的声发射实验研究

采用单颗金刚石压头作为磨粒对玻璃进行磨削实验,采集了磨削过程中的声发射信号,分析了磨削参数变化对声发射信号参数特征值的影响。结果表明:磨削过程中产生的声发射信号特征参量值振铃计数值、信号均方根值RMS随着磨削深度和磨削速度的增大而增大;随着工作台移动速度的增大而减小。在本实验条件下得到的声发射信号频率峰值主要在15.53 kHz以及18.65 kHz两个部分,且实验时主要研究玻璃材料脆性方式去除过程,说明了玻璃脆性断裂时产生的声发射信号频率峰值集中在15.53kHz和18.65 kHz。     

二阶同步提取Chirplet变换及应用于变转速滚动轴承故障诊断

为提高同步提取变换（SET）对含噪信号或强调幅-调频（AM-FM）信号的分析效果,分析SET框架。对比基于短时傅里叶变换（STFT）与Chirplet变换（CT）的SET算法,CT比STFT的信号适应性更好,时频分析结果具有更高的能量聚集性。基于Chirplet变换和SET框架推导出同步提取Chirplet变换（SECT）公式。为进一步提高SECT在时频面的时频分析能力,利用相位二阶偏导数获得更加准确的瞬时频率估计;提出二阶同步提取Chirplet变换（SECT2）,以获得高分辨率的时频表达。通过分析数值仿真信号、蝙蝠信号以及试验台轴承故障数据,验证了所提方法的有效性。     

基于HHT的预应力钢筋混凝土梁断裂AE信号分析

针对混凝土材料损伤所产生的声发射信号复杂的特点,提出了基于Hilbert—Huang变换的分析混凝土声发射信号的新方法。利用全波形声发射技术记录了预应力混凝土梁在三点弯曲荷载试验下整个破坏过程的声发射信号,研究了声发射累计能量随时间变化的关系曲线,分析了梁在不同破坏阶段产生的实测声发射信号,获得了信号的Hilbert谱。通过与小波分析结果进行比较,显示出该方法具有处理精度高、自适应性强的特点,能有效地提取声发射信号中损伤的主要特征,为声发射信号处理提出了一种新的途径。     

硬质合金PA30高速深磨过程中声发射信号特征的变化研究

在硬脆难加工材料硬质合金PA30高速深磨声发射实验中,随着工件速度和磨削切削深度增加,声发射信号特征参数均方根（AE_RMS）和磨削力变大;随着砂轮速度增大,AE_RMS和磨削力减小。磨削力和AE_RMS有相同的变化趋势。硬质合金PA30高速深磨AE频谱的能量在100~600kHz的频段比较集中,其AE信号频谱的能量与频率范围明显高于低速浅切磨削。      

拉伸载荷下陶瓷基高温复合材料损伤状态特征分析

基于声发射(AE)信号和计算机断层扫描(CT)成像技术,开展了高温复合材料的内部损伤状态分析。通过声发射技术获得复合材料损伤时的宏观应力波信号,分析得到声发射信号的频率等波形特征参数;通过计算机断层扫描得到复合材料结构内部微细观三维损伤图像,判断存在的损伤类型。结果表明,不同工艺陶瓷基高温复合材料在拉伸载荷下,内部会产生不同类型的损伤,纤维束与基体之间的脱黏开裂所对应的声发射信号特征频率为44 kHz,基体失效的特征频率为150 kHz,纤维束断裂损伤的特征频率为250 kHz。     

基于HHT变换的声发射源平面定位方法

为了应对空间碎片的威胁,研制了一种基于声发射技术的用于实时监测空间碎片撞击航天器的在轨感知系统。对平面声发射源精确定位技术提出了需求。声发射信号属于非平稳随机信号,传统的小波变换无法充分获得其中携带的信息。利用HHT技术分析声发射信号波形,改进了AO模态到达时刻的确定算法,提高了线定位精度。在此基础上,将平面定位问题转化为求取函数最小值的优化问题,并利用单纯形法进行求解。在铝合金板上对铅芯折断波源进行了定位试验,结果表明,相对于小波变换,HHT更适于分析声发射信号;改进后的线定位方法和双时标法可有效应用于各向同性板的定位问题。研究结果为空间碎片在轨感知系统的研制提供了参考。     

基于Hilbert-Huang变换的电化学噪声解析及其应用

借助Hilbert-Huang变换 (HHT) 研究了Q345B碳钢在模拟混凝土孔隙液中的电化学噪声信号的时频谱,发现相比离散小波变换 (discretewavelet transform,DWT),HHT在噪声信号识别过程中具有更高的时频分辨率和稳定性,能够从本质上提高对电化学噪声中耦合的亚稳态点蚀信号的解析精度。针对Q345B碳钢处于钝化态、亚稳态点蚀萌发和稳态点蚀生长等不同阶段的噪声特点,提出了一套基于HHT边界谱的腐蚀状态量化指数与腐蚀特征识别方法。借助于在线电化学噪声监测装置,HHT算法将可用于诊断工业环境的腐蚀形态和腐蚀发展趋势。     

金属材料马氏体相变声发射特性

利用声发射技术对45钢、GCr15钢和T12钢三种材料进行连续冷却条件下马氏体相变监测试验,并以相变声发射参量分布及波形特性为基础,分析了马氏体相变声发射信号的时频特性。结果表明,GCr15钢具有明显的等温马氏体相变特征,45钢、T12钢为变温马氏体特征,且片状马氏体声发射信号幅值与能量高于板条状马氏体,具有较宽的频率范围。     

泡沫铝准静态压缩变形的声发射特征研究

为了研究泡沫铝在压缩过程中的屈服平台和密实阶段的力学性能,使用万能试验机、声发射仪和高速相机对泡沫铝试件在不同加载速率下进行了单轴压缩试验,得到了泡沫铝材料在塑性变形-损伤过程中的声发射特征参量和变形场图像。通过分析声发射信号的振铃计数和能量计数,研究了屈服平台和密实阶段的力学性能。结果表明:弹性和屈服平台阶段的声发射振铃计数曲线与应力-应变曲线有较高的吻合度;密实应变与声发射能量计数有较好的对应关系;不同的加载速率下,声发射能量信号表现出不同的增长特征,在屈服平台阶段能量的吸收与耗散更明显,且声发射能量-应力曲线与泡沫铝的吸能效率的变化趋势相同。     

水下气动发射装置振动信号的时频分析

为研究某型水下气动发射装置的振动特性,对发射管的径向加速度信号进行了短时Fourier变换分析,结合内弹道过程发现:发射管的径向加速度振动信号主要由两个时频区组成。时频区1为发射管充压、密封片剪断和弹药刚开始运动的内弹道阶段,该部分信号主振频率在1 400 Hz附近,高频成分一直延伸至约5 000 Hz,信号持续时间约0.038 s。时频区2为弹药已出管、发射管泄压阶段,该部分信号持续时间为0.016 s,主振频率在1 100 Hz附近。对加速度信号进行小波包能量谱分析,结果表明:时频区1信号能量占发射过程总能量的79%,时频区2能量占总能量的10%。因此,时频区1振动为整个发射振动信号的主要成分。