应力波作用下岩石声发射实验研究

在霍普金森（SHPB）冲击系统上进行了应力波作用下岩石声发射实验,获得了该加载条件下岩石破裂的声发射规律。实验结果表明,应力波下,声发射峰值能量之前所出现的声发射信号相当匮乏;而且其能量规律呈现出两种明显不同的特征：I型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到了加载的末期,能量出现了一定的回升,产生了“拐点”;II型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对I型较慢,且不出现“拐点”。研究结果表明,声发射的能量特征与岩石破碎的程度密切相关;冲击载荷作用下岩石的声发射不仅仅是裂纹信息的反映,其中也包含了对应力波信号的反映。     

基于声发射信号的滚动轴承外圈疲劳剥落故障双冲击特征提取

疲劳剥落是引起滚动轴承失效的主要原因。跟振动信号一样,当滚道出现疲劳剥落故障时滚动体在进入和退出剥落区时的声发射信号也存在对应的两类不同冲击特征,称为双冲击现象。对双冲击特征的提取可实现双冲击间隔的有效测量。声发射信号具有对早期故障敏感、不易受噪声干扰等优点。采用将两类特征分离处理的方法,将声发射信号中两类冲击特征分为两部分,通过AR模型和最小熵解卷积滤波增强故障特征信号,和基于复Morlet小波的谱峭度图算法提取优化解调频带对应的包络信号,对包络信号相加并进行双冲击间隔测量。实验研究表明,该方法能够有效地分离出滚动轴承外圈疲劳剥落故障声发射信号中的双冲击特征。     

基于共振峰的超声空化声发射信号分析

摘 要：为了简单有效地提取超声空化时频信息而估计空化强度,提出了应用基于全极点线性预测编码模型的共振峰分析方法进行分析,并使用其分析了19kHz超声作用下的空化场的声发射信号。将共振峰分析结果与常用的频谱分析和短时傅利叶分析结果进行了对比,发现共振峰分析方法更能从超声空化声发射信号的中提取出简单但关键的时频信息来。采用共振峰方法的分析结果表明,可以利用空化声发射的共振峰参数如基频频率和相对高频共振峰的幅值来分别反映超声空化的非线性振荡和瞬态空化,进而估计超声空化的强度。     

基于小波包分析的拉索损伤声发射信号特征提取

结合显式有限元和小波包分析技术开展了拉索损伤声发射信号特征提取的仿真分析。采用ANSYS/LS-DYNA模拟得到拉索损伤声发射信号的仿真信号,基于小波包能量谱对拉索声发射的有限元仿真信号进行了特征提取,从小波包分解层次、特征频带数量的选择及特征参数的噪声鲁棒性三个方面开展了讨论分析。结果表明:(1)通过选择适当的小波包分解层次,小波包能量谱可以精细地反映信号的特征;(2)选取少数特征频带就能使得小波包能量谱反映声发射信号的特征信息;(3)基于小波包能量谱的特征参数具有良好的损伤敏感性及噪声鲁棒性,能在强噪声影响下实现对拉索不同损伤类型的判别。     

基于频域形态滤波的低速滚动轴承声发射信号降噪新方法

声发射检测技术以其灵敏度高、频响范围宽、信息量大等优点,为机械故障诊断提供了一条新的检测途径,但应用于旋转机械设备时,容易混入各种有色噪声。当噪声频率与声发射信号重叠时,传统的降噪方法难以满足要求。将形态滤波应用到信号频域,可以有效消除有色噪声的干扰。根据声发射频响特性,对频谱进行拟合平滑高斯白噪声的影响,最后重构到时域。仿真和实际低速轴承信号表明此方法具有较好的降噪效果,有利于信号后续的处理和分析。     

SPCC钢滑动摩擦与拉伸声发射信号比较分析

为了将声发射技术应用在金属塑性加工中的摩擦监测中,以SPCC钢在拉伸过程与相对运动速度为100mm/min、正压力为7.5kg的摩擦过程产生的声发射信号特征为研究对象,分别用数据统计、平均值等方法对比分析了两种声发射信号的能量、振铃计数、幅度等参数。实验结果表明:SPCC钢拉伸的声发射能量值要远小于摩擦声发射能量值;拉伸的声发射振铃计数分布范围要略大于摩擦声发射振铃计数分布范围;拉伸的声发射幅度要小于摩擦声发射的幅度。最后对出现该现象的原因进行了探讨。     

基于EMD的胶合板损伤声发射信号特征提取及神经网络模式识别

摘要：针对胶合板损伤声发射信号的非平稳性和损伤类别特征相互重叠的实际情况,提出了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)和BP神经网络相结合的信号特征提取和识别方法。首先对损伤声发射信号进行EMD分解,筛选出包含主要信息的本征模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF）分量;其次构建以各IMF分量的能量占比作为表征各损伤信号的特征向量;最后以提取的特征向量为输入样本,建立BP神经网络模式分类器对四类胶合板损伤信号进行识别。五层胶合板损伤的实测数据表明,该方法能够准确地提取出声发射信号特征并对其损伤类型进行有效地识别。     

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     

基于声发射信号与BP神经网络的煤粉粒径识别研究

煤粉粒径的测量是燃煤电站一项重要的工作。针对目前筛分法存在的缺点,提出了一种结合声发射信号与BP神经网络在线识别煤粉粒径的方法。在频域中对噪声信号与煤粉声发射信号进行比较,确定了信号中反映煤粉粒径的频率区间,并利用小波包置零方法对信号进行去噪,在信噪比与信号平滑度方面比较了几种常用小波函数的去噪效果。通过功率谱分析发现了信号能量随煤粉粒径的变化特征。最后提取信号能量特征,利用BP神经网络对煤粉粒径进行识别。研究结果表明,结合声发射信号与BP神经网络识别煤粉粒径,可以获得良好的效果。     

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。     

大跨柔性空间结构风压和耦合风效应分析

研究大跨柔性空间结构的表面风压和流固耦合风效应.引入流体运动控制方程和大涡模拟湍流模式,提出风与结构的流固耦合方程的迭代求解过程.提出张拉索膜结构的加载预应力态、稳定态和耦合态等三个受载状态概念和统一形式的动力方程表达.以某典型索穹顶结构为例,采用以风时程为荷载的动力响应时程方法、单向耦合算法和双向耦合算法,开展结构风效应的数值计算和比较.研究发现,动力响应时域方法和单向耦合算法的结构平均位移计算结果基本相同,但前者的结构风振系数较大.双向耦合算法的结构平均位移计算结果小于前两种方法,但风振系数在三种方法中最大.     

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

摘要: 为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明：轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。     

基于解析模态分解和希尔伯特变换的模态参数辨识新方法

针对航天器结构低频、密频的模态参数辨识问题,提出一种将解析模态分解(AMD)与希尔伯特变换(HT)相结合的模态辨识方法(AMD+HT),根据结构上任意一点的脉冲响应信号,对系统结构的频率和模态阻尼比进行参数识别。以箱型卫星模型为例,分别对固定状态下卫星帆板和卫星整体结构的低阶模态进行模态辨识,并与LMS数据采集系统分析结果和ANSYS有限元仿真结果对比,验证了该方法对低频、密频结构模态辨识的正确性和优越性。     

Hilbert谱特征提取与支持向量机的状态识别方法研究

本文介绍一种新的基于振动信号分析的状态识别方法,即Hilbert时频谱重心与支持向量机相结合的进行设备故障诊断的分类方法。根据信号的循环平稳性,采用同步平均对信号进行预处理,实现从时域到角度域的转换;之后进行经验模式分解,计算得到Hilbert时频谱;在此基础上计算Hilbert时频谱的重心,构建一个特征向量。最后采用支持向量机进行训练和学习,实现设备的状态识别。并以滚动轴承的状态识别为例证明此方法的有效性。研究表明,此方法有助于设备预知维修的发展。     

具有初始缺陷的扁球面网壳的混沌运动与控制

摘 要：在圆形三向网架非线性动力学基本方程的基础上,用拟壳法给出了圆底扁球面三向网壳的大挠度方程和非线性动力学基本方程。在固定边界条件下,引入了异于等厚度壳的无量纲量,对基本方程和边界条件进行无量纲化。并将扁球面网壳的大挠度解当作扁球面网壳的初始缺陷,通过Galerkin作用得到了一个含二次、三次的非线性动力学方程。通过求Melnikov 函数,给出了具有初始缺陷的扁球面网壳系统可能发生混沌运动的临界条件。并通过数字仿真绘出了平面相图,证实了混沌运动的存在并且可以通过改变参数来抑制系统混沌运动的发生。同时也发现了考虑初始缺陷的扁球面系统固有频率增大了,从而发生混沌运动的临界载荷值减小了。     

大型风力机系统运行模态分析研究

针对大型风力机在风轮静止、变速转动下振动模态及变化特点,研究弹性变形、惯性及陀螺效应引起的系统各阶模态变化及对系统气弹稳定性影响。通过研究现有线性特征值分析方法,考虑大型风力机非线性特性及风轮转动所致系统时变特性,基于多体系统动力学理论及混合多体系统HMBS (Hybrid Multi-body Systems)建模方法,结合动力学分析软件ADAMS,分析静止状态整机系统线性特征值问题;考虑构件弹性变形及风轮旋转,用刚性积分方法对系统非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法实现风轮旋转下系统运转模态识别,并讨论、分析系统前十阶模态变化及影响因素。研究结果可作为风力机系统气弹稳定性判据,为避免共振、提高系统运行效率等提供有效的解决手段及分析方法。     

充液贮箱液固耦合振动模态与阻尼比研究

对于液体运载火箭纵向振动的稳定性分析,在建立贮箱内液体的振动模型时,不仅需要考虑结构的弹性特性,还需要考虑液体晃动时的阻尼特性。由于模态阻尼比与一个振动周期内阻尼力做功、平均机械能及模态固有频率相关。因此可以先通过结构与液体的耦合振动分析确定其模态,进而分别计算液体与结构接触面、自由面以及液体内部阻尼力做功,同时计算平均机械能,从而得到模态阻尼比。在计算模态阻尼比时,对耦合振动的模态分析、液体内部流场计算均采用等效比拟的方法,为充分利用通用程序计算创造了条件。此方法不仅能够提高效率,同时也便于工程上的应用。     

锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型研究

为建立锈蚀钢筋混凝土构件恢复力模型,本文通过对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度的各试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件抗震性能的影响。根据试验成果,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑钢筋锈蚀后引起结构截面几何损伤、钢筋和混凝土力学性能降低、粘结滑移性能劣化以及结构刚度退化等各种耐久性损伤因素,并考虑箍筋锈蚀引起结构延性的影响,提出了锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法。通过与试验进行对比分析表明模型描绘的骨架曲线和滞回曲线与试验结果总体吻合较好,所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用。     

罐体横截面形状对液罐车侧倾稳定性影响分析

提出液罐车罐体截面形状设计方法,研究液罐横截面形状对半挂式液罐车侧倾稳定性影响,分析广泛使用的圆形截面液罐、改进的椭圆截面液罐及锥形截面液罐特点。提出两种改进的液罐截面形状,给出液罐中液体晃动产生的侧向力、侧倾力矩准静态条件的计算方法。以6轴半挂式液罐车为例计算液罐车模型的侧翻阈值、变道时横向负载转移及侧倾角响应峰值。基于准静态、动态两类指标分析该半挂式液罐车装载不同截面液罐时侧倾稳定特性。结果表明,两种改进的液罐截面形状可在较大充液比范围内提高液罐车侧倾稳定性。     

基于改进CRITIC法的TBM刀具声发射信号研究

针对地下施工中TBM(Tunnel Boring Machine)刀具磨损更换频繁且缺乏有效方法对其状态进行评估问题,将声发射技术用于TBM刀具检测,以TBM模态掘进试验台为对象,采集不同磨损程度的滚刀声发射信号研究声发射单特征参量及多特征参量对滚刀磨损状态趋势评估影响,提出基于改进CRITIC声发射多特征融合刀具状态评估新方法。滚刀磨损量测试表明,改进CRITIC声发射多特征融合后所得评估值对刀具磨损信息更敏感,能有效评估及预测刀具磨损状态,可为TBM刀具现场检修、保养提供指导。