断铅试验声发射信号处理与损伤源定位研究

以断铅试验为例模拟材料的断裂损伤事件,进行声发射特征参数和损伤源定位的试验研究,采用小波变换对声发射信号进行分解和重构。结果表明:声发射计数、能量和有效值对断铅具有较高的检测灵敏度;仅依据声发射幅值并不能判断铅芯断裂释放的声发射信号能量的高低。采用4层小波变换将断铅声发射信号分解到不同的频率段并进行重构,将高频接触摩擦信号和低频噪音信号滤除,能准确提取铅芯断裂特征信息。通过布置多个传感器对断铅位置进行定位的方法完全可行,时差线定位偏差不超过10 mm。     

小湾拱坝湿筛与三级配混凝土静态弯拉声发射特性

摘 要：结合小湾拱坝湿筛和三级配混凝土静态弯拉试验,采用全数字化声发射系统采集了两种混凝土在三点弯曲荷载作用下从加载至最终破坏的声发射特征参数和波形。对比分析了各加载阶段的声发射活动发展规律及声发射波形FFT功率谱峰值频率和频率质心的统计特征,识别了两种混凝土以声发射特征参数为基础的损伤断裂机制,采用商业声发射软件对微裂缝局部化区域进行了定位。结果表明,三级配混凝土与湿筛混凝土相比,具有以下声发射特征：(1)更易诱发损伤,在各个加载阶段具有较小的声发射b值;(2)声发射撞击峰值频率在100-125kHz频段及225-250kHz频段也有分布,同时频率质心比湿筛混凝土低;(3)在湿筛混凝土的一个特定机制的持续时间范围内,三级配混凝土识别为两个机制;(4)微裂缝的局部化区域范围大于湿筛混凝土。     

以声发射信号的特征诊断敏化304不锈钢沿晶应力腐蚀

采用声发射检测技术研究了304不锈钢在0.5 mol/L Na2S2O3溶液中的沿晶应力腐蚀过程,根据声发射信号的平均频率及幅值等特征参数,按声发射源将其分为易感晶界的溶解、裂尖的塑性变形及韧带的机械断裂3个阶段,并采用参数关联法及时频法聚类分析了3个阶段的信号特征。试样现场断口形貌及信号特征参数分析结果表明,声发射技术能够用于监测沿晶应力腐蚀演化进程,辨别其微观发展,为其微观机制研究提供依据,实现应力腐蚀在线精确监测。     

金属材料声发射信号特征提取方法

试图通过对声发射信号的检测实现对水轮机转轮叶片金属疲劳裂纹的在线监测。利用美国PAC公司SAMOS声发射检测系统采集到声发射的各种参数：针对大型水轮机现场环境的情况,选用了四种声发射信号。通过BP神经网络和模式识别结合的方法,设计特征提取器来提取金属材料疲劳声发射特征信号。比较神经网络输人参数对输出结果的灵敏度,选择出一些对分类识别最有效的特征参数：并采用可分离性判据进一步验证其正确性。最后,在13个声发射特征参数中,质心频率、计数、持续时间、上升时间、平均信号电平等五个参数的特征最为显著,可以用于识别现场环境下的声发射信号。     

混凝土静态轴拉声发射试验相关参数研究

摘要：对声发射采集系统的硬件参数设置、滤噪参数设置以及声发射信号特征参数及其相关性进行了系统的试验研究。共进行了11组断铅人工激发源试验和13个混凝土试件的单轴静态拉伸试验,采用全数字化的参数-波形式声发射采集系统和三种不同型号的传感器同步采集并存储了试验过程中的声发射特征参数和波形,应用参数和波形分析相结合的方法以及波形事后提取分析等技术手段对数据进行分析。结果表明：前置放大器增益、阈值、波形采样率和采样长度、带通滤波器等有一合理参数取值;幅度、振铃、持续时间、声发射信号能量、绝对能量、信号强度这6个参数能够较好地体现混凝土轴拉损伤过程的阶段性特征;声发射幅度、振铃数、持续时间、上升时间和信号强度5个参数之间存在显著的相关性。研究成果可为采用声发射技术研究混凝土的损伤破坏过程提供参考依据。     

基于声发射技术的单丝复合材料界面性能研究

为了克服传统单丝断裂实验局限于透明及高应变树脂的缺点,进一步拓展其应用范围,将声发射技术与传统单丝断裂实验相结合以评估单丝复合材料界面性能.通过声发射技术监测了单丝复合材料的断裂过程,采用参数分析、波形分析以及聚类分析对单丝复合材料拉伸过程中的声发射信号特征进行研究,并与显微镜观察法测得的纤维断裂模式和界面剪切强度相对比。实验结果表明:声发射技术可以对单丝复合材料断裂过程中的断裂模式和界面性能进行高效评估,采用该方法分析得到的界面剪切强度与传统单丝断裂实验中的光弹花样观察分析结果一致。声发射技术可以拓展单丝断裂实验的研究对象,为单丝界面剪切强度的计算提供一种高效、通用的评价方法。     

316LN不锈钢断裂过程的声发射特性

用声发射技术监测316LN母材和焊缝的断裂过程得到了材料断裂破坏的声发射特征,并对声发射信号进行分类,研究了316LN不锈钢材料的断裂韧性。结果表明:316LN母材和焊缝的断裂是韧性断裂,母材的塑性优于焊缝;断裂过程在时域上可划分为5个阶段:裂尖张开阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段、裂纹萌生阶段以及裂纹稳定扩展阶段;使用上升时间-持续时间关联分析法可将母材和焊缝断裂过程的声发射信号进行分类,可区分出噪声信号和有效断裂信号。     

预应力活性粉末混凝土受弯过程声发射特性

为研究钢纤维增强活性粉末混凝土（SF/RPC）复合材料的受弯破坏微观机制,对10根试验梁进行抗弯试验研究。基于声发射技术,采用宽频传感器对试验过程中的声发射信号和波形进行了采集。分析研究了SF/RPC材料的声发射特征参数,在对波形进行信号处理的基础上对波形频谱进行了深入研究。通过传感器之间互相发射和接受信号,对SF/RPC材料的声发射波速进行了测定。同时与普通混凝土（NC）材料声发射特性进行了对比分析研究。结果表明：相同荷载作用下SF/RPC的撞击累计数远大于NC梁,声发射活跃性高于NC材料;预应力SF/RPC梁的声发射特征参数与NC梁有着明显区别,SF/RPC短上升时间段（<30 μs）的声发射撞击平均比例为64.2%,明显高于NC的比例51.2%;SF/RPC材料波形频域特性也与NC材料明显不同;荷载作用前,SF/RPC材料内平均波速为4 342.8 mm/s,NC材料内平均波速为2 337.7 mm/s。通过引入Gutenberg-Richter理论,计算了声发射信号损伤参数（b_I）,对预应力SF/RPC损伤开裂过程与b_I值的关系进行了分析研究。本研究结果为有效识别SF/RPC材料的声发射特性提供试验依据。     

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。     

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。     

Gabor小波时频分析在声发射信号处理中的应用

介绍Gabor小波时频分析的基本理论,用数值仿真举例验证Gabor小波时频分析可同时在时域和频域上来表征信号分布的特点。利用该方法可得到声发射源定位中传感器接收到的声发射信号在时域和频域上的分布,并用于区分声发射信号的传播模式和不同的信号组成,得到声发射波群的准确到达时间,从而提高时差定位的精度。     

基于小波变换与统计分析的转子碰摩声发射特性研究

为解决转子碰摩损伤声发射信号分类及解释难题,应用PCI-2声发射系统和WS-ZHT1型多功能转子实验台组成转子碰摩声发射检测系统,采集转子局部碰摩声发射信号,通过理论分析声发射信号特征和小波基函数性质,dB8小波适合提取声发射信号特征;碰摩产生大量声发射信号,大量声发射信号的统计特性蕴涵较多碰摩信息。对不同转速条件下不同检测位置碰摩声发射信号的统计分析表明,声发射信号的功率谱密度集中在100～400 kHz。声发射信号平均幅值、平均能量可作为区分转子碰摩程度特征参数;功率谱主频可作为区分声发射相对位置特征参数,结论与碰摩类型无关。     

带有槽缺陷游乐设施用Q235圆管构件弯曲破坏声发射特性

为研究带有槽缺陷游乐设施用Q235圆管构件破坏时声发射特性,利用声发射技术监测其三点弯曲破坏过程。通过对载荷时间曲线与声发射相对能量、幅度、振铃计数特征参数历程图的综合分析,可将其破坏过程划分为3个阶段。该过程声发射信号幅值主要集中在40～70 dB之间,且随缺陷长度增加,超过70 dB信号振铃计数明显增多,典型阶段特征参数峰值增大。相对能量—持续时间历程图中高持续时间、低能量信号来自于加载过程中的噪声干扰。声发射特征参数将缺陷微小变化对构件整体性能的影响量化,历程图变化与力学行为一一对应,建立声发射特征信号与弯曲力学性能和缺陷长度的联系,为声发射监测游乐设施损伤的判定提供依据。     

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。     

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。     

基于数值模拟和波形分析的声发射传感器安装策略

为提高声发射检测中信号采集的质量,以实现可靠的损伤识别,采用数值模拟方法研究混凝土构件中开裂损伤与声发射信号之间的定量关系。通过对信号的波形分析得到信号的传播特性,以确保信号清晰、稳定为原则,确定传感器的安装准则,包括避开圣维南区域、避开不合理方位、尽量靠近声源等。同时明确当发生较大程度开裂时,传感器位置的影响可忽略。该研究可为实际声发射检测中传感器的安置和声发射信号的损伤诊断提供理论基础。     

基于CEEMDAN-小波包自适应阈值混凝土声发射信号降噪研究EI北大核心CSCD

为了得到更加纯净的混凝土声发射(acoustic emission, AE)信号来更准确地监测混凝土结构破裂过程,提出了一种完全自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition, CEEMDAN)与小波包自适应阈值联合方法对循环荷载作用下的混凝土声发射信号进行降噪处理,运用信噪比和快速傅里叶变化(fast Fourier transform, FFT)分析来验证所用方法的可行性。实验结果表明:结合CEEMDAN-小波包自适应阈值对混凝土声发射信号进行降噪的效果较好,能有效地保留混凝土声发射信号特征信息,对混凝土声发射信号降噪提供新的思路,为后续利用声发射信号分析混凝土结构内部微裂纹扩展及演化特征奠定基础。     

光纤水听器研究进展

1引言 光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器.它通过高灵敏度的光纤相干检测,将水声信号转换成光信号,并通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息.光纤水听器主要用于海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的监测.它既可用于海洋、陆地石油天然气勘探,也可用于海洋、陆地地震波检测以及海洋环境检测,它又是现代海军反潜作战及水下兵器试验的先进检测手段.     

金属切削过程刀具磨损信号的混沌特征

针对刀具磨损过程中声发射信号非线性特征,提出基于混沌理论的信号分析及特征提取方法。采用延迟时间法对去噪后的时间序列进行相空间重构,分析延迟时间及嵌入维数随刀具磨损的变化规律;用关联维数、最大Lyapunov指数及Kolmogorov熵三种混沌特征参数定量分析刀具在不同切削条件下随磨损量增大所呈现的变化规律。研究结果表明,刀具磨损声发射信号具有明显的混沌特征,三种混沌特征参数、延迟时间及嵌入维数与刀具磨损状态具有明显的对应关系,可用作刀具磨损状态监测、磨损量预测的特征参数。     

受载混凝土破坏全过程声发射信号频带能量特征

为寻找更有效的混凝土工程破坏前兆判据,开展混凝土单轴加载破坏全过程声发射试验。通过SAEU2S型数字声发射采集系统直接采集破坏全过程声发射信号波形,分别用FFT变换及小波包变换对不同破坏阶段声发射信号分析处理,发现不同破坏阶段声发射信号频率分布、频带能量变化规律,并从声发射信号频率变迁与裂纹扩展关系角度阐释混凝土破坏机理。采用小波包变换频带能量计算方法在Matlab中计算并绘制不同破坏阶段声发射信号频带能量分布直方图,重点分析0~26 kHz低频带能量占比及随加载时间变化规律,提出低频能量占比达某门限值即为破坏临界点的重要判据指标。此规律可作为混凝土工程稳定性监测预警前兆判据,对评估混凝土内部损伤具有理论指导意义。