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.     

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。     

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。     

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。     

利用声发射技术监测低温环境下轴承钢的损伤

在轴承的重载接触区域经常出现疲劳损伤，深入了解疲劳损伤的起因和发展对于预测轴承零件的寿命具有重大意义。选择用声发射法监测低温下接触疲劳试验中的裂纹起源和扩展过程，通过分析试验中的声发射信号即可确定显微疲劳的起源和扩展过程。     

马氏体组织对钛制压力容器TA2板材声发射特性的影响

由于耐蚀性突出,钛制压力容器已广泛应用于化工过程装置,为确保安全,采用声发射技术对其服役状态进行及时、有效地安全评估的前景广阔。针对TA2常见的工程状态,开展了淬火马氏体和焊缝马氏体两种微观组织声发射特性的理论分析和试验研究,通过恒速率拉伸和裂纹扩展监测试验,获得了形变和断裂物理源机制的声发射特性。采用历程分析结合微观观察,证实了α'马氏体团簇的塑性变形和马氏体板条边界的开裂,是拉伸过程中声发射两次增长阶段的主要物理来源;沿马氏体板条间或基体与马氏体边界的裂纹扩展是疲劳裂纹稳定生长过程中的强声发射源,是声发射信号计数率-应力强度因子幅曲线呈现阶梯状上升的物理成因。研究结果为相关材料承压设备的声发射检验提供了经验数据和分析方法,为工程实践奠定基础。     

八种钢的恒幅和变幅疲劳性能

构件总的疲劳寿命是由裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂所组成。选择材料常常以恒幅疲劳性能为基础,这种性能不一定能够提供合理的设计依据。以裂纹萌生尺度为判据的应变控制低周疲劳性能,业已用作疲劳寿命的主要预测基准,就象常幅疲劳裂纹的扩展曾作为预测基准一样。但在变幅加载情况下,因为忽略了疲劳过程的某些部分和没有较多的合适资料,所以两种基准都不可能是完善的。本文提供了八种钢恒幅裂纹扩展的数据以及四种不同变幅载荷谱的疲劳结果,其中包括裂纹的萌生、裂纹的扩展至断裂。把从恒幅疲劳裂纹扩展行为得出的材料评价用于变幅载荷下裂纹的萌生和扩展可能是不正确的。     

桥式起重机箱形梁异种钢焊接接头疲劳损伤的声发射表征

文中通过声发射技术对桥式起重机箱形梁Q345B/Q235B异种钢焊接接头疲劳损伤过程进行表征,发现了声发射特征参数变化取决于疲劳裂纹扩展不同阶段的特点,得以利用声发射动态监测桥式起重机循环载荷下的疲劳损伤状态,从而实现及早预警的目的。另外,通过对异种钢焊接接头焊缝和热影响区2种不同缺陷位置疲劳实验各阶段典型声发射信号的对比分析,获知热影响区比焊缝位置更易发生疲劳断裂,故箱形主梁在服役过程中应重点关注异种钢焊接接头热影响区位置并及早发现危险。     

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。     

声发射信号降噪及在裂纹检测中的应用研究

针对采用声发射技术评估疲劳裂纹断裂状态时存在噪声干扰,以及采用小波包阈值降噪方法或集合经验模态分解降噪方法处理信号时会受到阈值选取、模态分量等因素的影响等问题,对上述两种降噪方法的工作原理进行了分析。提出了将两者相结合的声发射信号降噪方法,根据声发射信号处理流程可分为IMF-WPT降噪方法、WPT-EEMD降噪方法和EEMD-WPT降噪方法;利用以上3种降噪方法对同一模拟含噪声疲劳断裂声发射信号进行了降噪处理,分别计算了降噪处理后信号的信噪比和失真度;分别进行了金属材料和焊接结构疲劳裂纹扩展试验,利用WPT-EEMD降噪方法对采集声发射信号进行了降噪处理。研究结果表明:WPT-EEMD降噪方法降噪后的信号信噪比为10.32,失真度为0.31%,降噪效果最好;该方法可以有效去除高频噪声的干扰,提高分析结果的可靠性。     

声发射技术在航空维修中的应用进展

本文简要介绍了声发射检测的原理和适用范围,以及谐振式声发射传感器与光纤传感器的特点。并阐述了目前声发射检测技术在航空构件疲劳裂纹监测、复合材料监测以及飞机结构健康监测等方面的应用进展。     

风力机叶片疲劳裂纹AE信号的小波变换优化方法

为实现风力机叶片的及时有效地监测和维护,使用声发射技术采集疲劳裂纹信号,从而提取裂纹特征。而声发射信号的突发性和冲击性需要具有时频分析能力的信号处理方式来提纯和降噪,小波变换方法作为常用的时频处理方式油漆有效性,但是现有的小波基函数不足以适应该信号的分析。提出基于Shannon熵理论计算疲劳裂纹扩展的声发射信号的小波基函数带宽参数,得到最适合此裂纹声发射信号的Morlet小波基函数,计算优化基函数的小波,获得风力机疲劳裂纹特征成分在时间尺度平面的高幅值能量分布。实验研究表明,优化小波基的方法具有很好的时频聚集性和抗噪能力,实现了风力机叶片裂纹声发射信号的时频特征清晰准确的提取。     

疲劳裂纹扩展速率及随机荷载的随机程序模拟

本文主要探讨在恒幅交变荷载和随机荷载作用下疲劳裂纹扩展规律与随机荷载的随机程序模拟方法。并结合我国的东风型机车柴油机曲轴材料(稀土镁合金球墨铸铁)共进行了两组九根试件的试验和分析研究,从而明确说明了考虑荷载实际变动能更接近实际地来估算疲劳寿命及使疲劳裂纹扩展研究迈出了新的一步。它是对传统疲劳试验与分析方法的重要补充和发展。在生产上能更接近准确地掌握这种新材料的疲劳寿命,为采用此材料的曲轴可靠性、耐久性提供了初步的依据。一、恒幅加载的疲劳裂纹扩展按断裂理论定量的估算一个含有裂纹的构件疲劳加载的使用寿命,是采用Paris的     

往复压缩机活塞杆断裂早期预警技术的研究

活塞杆断裂是导致往复压缩机发生重大事故的主要原因,但是目前还没有手段对其进行在线监测,实现事故的早期预警.一般活塞杆主要断裂形式为疲劳断裂,文中研究采用声发射技术对活塞杆进行在线监测,实现事故早期预警的可行性.通过试验得出,采用声发射技术对活塞杆断裂事故进行早期预警是可行的,以声发射幅度作为监测参数,无论从计算效率还是有无裂纹的敏感程度方面都优于其他声发射参数,并且发现通过声发射计数和能量可以预测活塞杆寿命.     

高强钢断裂韧性与疲劳裂纹扩展评价方法研究进展

高强钢在服役过程中长期经受循环载荷作用，其疲劳与断裂问题一直是热点研究方向。准确评估高强钢的疲劳寿命和监测高强钢构件的服役状态，是保证大型装备安全运行的关键。随着断裂力学发展，损伤容限设计已成为航空、航天、核电和高速铁路等重要工业领域的关键构件疲劳断裂控制方法。作为损伤容限设计中的关键力学参量，准确掌握断裂韧性和疲劳裂纹扩展的评价方法，能够对解决大型构件完整性和可靠性研究的瓶颈问题中起到承上启下的作用。首先概述高强钢的分类和失效问题，分析断裂韧性和疲劳裂纹扩展的表征形式。从尺寸效应和能量准则等方面系统阐述了小试样估算断裂韧性的方法，并探讨高强钢中拉伸性能、冲击韧性与断裂韧性的定量关系研究进展。从近门槛值区、稳态区和全阶段区域分别阐述疲劳裂纹扩展模型和方法，并重点介绍贴近实际工程应用中的应力比和尺寸效应两方面的研究进展。最后提出高强钢断裂韧性和疲劳裂纹扩展评估及测试技术研究中值得关注的若干问题。     

航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹扩展行为研究

材料的疲劳寿命由裂纹形成寿命和扩展寿命两部分组成。针对航空发动机涡轮盘用GH4133B合金,进行室温下不同应力比的疲劳裂纹扩展试验,测试疲劳裂纹扩展门槛值。Paris公式回归分析结果表明,裂纹扩展速率随应力强度因子和应力比的增大而增大,含门槛值的修正Paris公式能精确描述疲劳裂纹扩展行为。利用光学显微镜在线观测裂纹扩展路径,并利用扫描电镜考察试样断口微观形貌。结果发现,随应力强度因子增大,裂纹扩展路径由平直变得曲折。在疲劳裂纹萌生区、稳定扩展区和快速扩展区,断裂表面依次呈现为解理断裂、疲劳条带和沿晶韧窝混合断裂模式。基于断口反推理论反推载荷和裂纹扩展方程,结果表明,利用反推方程预测疲劳裂纹的扩展,可有效防范疲劳断裂的发生。     

表面裂纹的应力强度因子

许多实际工程构件的破坏都是由于表面裂纹在疲劳载荷下扩展到了临界尺寸而发生的。在力学分析中,表面裂纹的形状常常用半椭圆来描述。半椭圆表面裂纹之应力强度因子的研究,对于实际工程构件的断裂分析,疲劳裂纹扩展寿命的估计等,显然是有着重要意义的。由于求解裂纹的问题往往是三维性的问题,目前还难于找到     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。