岩石声发射特性的研究

本课题自1982年7月开始,至1986年7月结束。其中分为三个阶段:第一个阶段是准备阶段,对国内外的情况进行调研,建立本课题研究内容的测试系统,添置必须的仪器、换能器、刚性试验装置,进行测试系统的调试;第二阶段是室内实验,其目的在于研究应力应变全程曲线各阶段内的岩石声发射规律,用岩石声发射的多参数、多频率窗口变化规律探讨岩石试件破坏的机制,寻找岩体失稳最为可靠的参数,为现场岩体失稳预报建立坚实的理论基础;第三阶段是在牟定铜矿井下采场进行现场监测,其目的在于验证室内实验所获得的岩石声发射规律,并用这些规律去指导围岩稳定性监测,最后监测记录到了两次片帮事故。     

基于ARAMIS的铝合金拉伸过程声发射特性分析

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS应变测量系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场,并同时用声发射检测仪检测了铝合金拉伸过程中的声发射信号。通过分析试件拉伸过程中各个阶段声发射特征信号,对比同时刻ARAMIS所得的应变云图,结合金属学原理,分析了5052铝合金在拉伸过程中各个阶段声发射信号产生的机制。结果表明:ARAMIS应变测量系统和声发射检测仪均能较好地测得5052铝合金在拉伸过程的变形破坏特征,利用ARAMIS应变测量系统测得试件表面吕德斯带的变化规律可以进一步解释试件在拉伸过程中声发射信号产生原因。     

线性判别函数对刀具监视中声发射信号的分析

在全自动化制造系统中，为了保证系统运行的稳定性、可靠性，必须对刀具磨损进行的线监视。声发射是近年来刀具监视研究中发展的最重要的技术之一。本文用时间序列的分析方法对刀具切削中的声发射号建立自回归模型，用线性判别函数进行分析实现对工具的监视实验证明，所用方法是可行的。     

深部片麻岩破坏全过程声发射时频域信号特征及前兆预警研究

针对矿山深部开采中岩石突发性灾害事故频发问题,以揭示岩石破坏前兆特征为目的,以金厂峪金矿深部片麻岩为研究对象,采用单轴压缩声发射试验,研究深部片麻岩承载过程与声发射时频域特征的关联性,并深入分析岩石失稳破坏前声发射时频域参数的前兆特征及两者的耦合性.结果表明:(1)声发射时域参数振铃计数在屈服阶段表现出明显的"单峰"型突增浮动特征;振铃计数率、累计振铃计数和能率、累计能量在临近破坏前呈现"高值突增"现象.(2)岩石破坏全过程声发射主频分为5个频带,低频带信号(0～40 kHz)占比呈现先增大后减小、再增大又减小的规律;中低频带信号(>40～80 kHz)零星分布,无明显特征;中频频带信号(>80～130 kHz)在岩石破坏全过程中占比最大,且呈现稳定变化趋势,临近破坏前呈现快速增大特征;中高频带信号(>130～160 kHz)只在岩石临近破坏前才出现;高频带信号(>160～200 kHz)占比呈现先减小、后增大的规律.(3)临界破坏前振铃计数、能率的"突增"和高频信号在相同时间所表现出的"快速增加"和"下移"特征以及低频信号"缺失"的特征可作为岩石失稳破坏的关键前兆信息.通过分析声发射时频域特征参数变化,可以更加准确地对岩石破坏前兆信息进行判断识别,这对矿山开采及工程施工安全预警具有重要的应用价值.     

在金属切削过程中声发射参数与刀具磨损关系的研究

利用声发射信号研究刀具磨损是近年来国内外非常注目的研究课题。本文通过实验研究与理论分析提出了用声发射信号的特征量tσ_t来表征与刀具后刀面磨损面积A的关系,将为实时处理带来不受样本序号大小、放大器增益变化的影响。本文的结果便于在生产中应用,并对开发声发射监视刀具磨损系统的研究具有现实意义。     

拉伸实验中的金属磁记忆信号总体特征研究

为了确定构件承载应力与金属磁记忆信号之间关系,以推进金属磁记忆法在构件检测中的应用,制备了不同尺寸和结构的拉伸试件,在试件承受不同拉伸载荷的情况下,进行了金属磁记忆检测,分析了金属磁记忆信号的总体特征Deta.研究表明:Deta作为金属磁记忆检测信号的特征量可以描述构件承载水平的高低;随着构件承载增加,Deta将逐渐减小,在达到材料屈服极限后,Deta保持在一定水平波动;对应材料X70屈服极限的Deta值是79.27A/m,高于该值时,X70构件是安全的.     

玻璃纤维复合材料拉伸损伤的声发射信号模式识别分析

对玻璃纤维复合材料进行常温拉伸破坏实验,利用声发射检测技术实时监测其损伤过程。研究了材料在拉伸破坏过程中的损伤演化规律,发现玻璃纤维复合材料的损伤演化过程可分为损伤发展阶段、损伤加剧阶段和试件失效阶段。同时为了研究材料内部破坏的损伤模式,提取了声发射特征参数上升时间、持续时间、计数、幅值和峰频,结合主成分分析法和K-means聚类的方法对声发射信号进行聚类分析,将聚类的结果与损伤模式相关联,结果表明复合材料损伤模式基体开裂、纤维脱粘和纤维断裂所产生的声发射信号在幅值、计数、持续时间参数上具有不同的响应特征。     

不同取样方向钢板试件的声发射特性分析

从ST13冷轧钢板中分别沿0°方向、45°方向和90°方向截取标准拉伸试样进行拉伸试验。结合金属材料的力学性能,分析试件在拉伸过程中声发射参数的表征和特性,以及在拉伸过程中声发射特征参数的异同性。结果表明：声发射计数、幅值和能量能较好地表征试件的整个拉伸过程,并得出0°方向钢板试件强度高,伸长率大,断裂能量大,90°方向次之,45°方向强度低,伸长率小,断裂能量小。     

含不同缺陷的金属材料声发射特性

根据声发射测试原理,利用信号峰值电压与材料形变过程中释放能量的关系建立了裂纹开裂的声发射参数与应力关系的数学模型,提出了声发射总计数和声发射计数率的一般表达式,研制了声发射装置,并在拉伸试验条件下对具有不同缺陷的ZG25试件进行了声发射检测。实验结果表明:无缺陷的ZG25材料与有气孔、疏松、夹渣和微裂纹缺陷的该材料具有不同的声发射AE事件特征,这对金属材料声发射无损检测具有实际意义。     

基于不同拉伸试验的盐岩拉伸破坏及声发射特征研究（英文）

盐岩的抗拉强度是盐穴储气工程中的一个重要参数,由于直接拉伸试验对试验装置和岩石试件的要求较高,导致其测试难度较大,需要探索一种试验简单、测试准确的方法来获得抗拉强度。为此,本文针对盐岩开展了直接拉伸试验、简化ISRM标准巴西试验、中国标准巴西试验和三点弯曲试验,分析了基于不同试验获得的盐岩抗拉强度及拉伸破坏过程中的声发射(AE)特性。结果表明拉伸试验方法对盐岩抗拉强度以及声发射计数、能量和空间分布特征具有显著影响。对比基于不同试验方法得到的抗拉强度及盐岩拉伸破坏特征发现,三点弯曲试验测定的间接抗拉强度与直接抗拉试验测定的抗拉强度更为接近,因此三点弯曲试验可作为除直接抗拉试验外测定盐岩抗拉强度的较好选择。     

基于声波信号混沌分析的气固流化床故障诊断

为了考察流化床内颗粒团聚结块的过程，提出了一种气固流化床团聚结块的判据。利用声发射检测技术，测得颗粒碰撞流化床壁面的声波信号，结合混沌特性分析，计算由混沌特征参数关联维数和K熵得出的故障系数.通过在外加热气固流化床冷模装置和工业流化床中试装置中，对聚乙烯团聚结块的声波信号的混沌特征参数的演化规律的考察，发现随着床内大颗粒的增多，故障系数明显上升.研究结果表明，根据故障系数的变化，声发射检测技术能有效、准确地预测和诊断气固流化床中的团聚结块.     

塌陷区岩体断裂失稳声发射信号分析

利用裂隙演化的非平衡统计理论对岩体断裂的非线性动力学问题进行简单描述，借助统计理论和扫描电镜（SEM）手段，对塌陷区围岩断裂失稳的声发射信号的特征参数进行系统分析，为塌陷区失稳位置的反演和准确推断提供了依据。     

三维编织复合材料声发射源定位分析研究

采用声发射检测技术,基于声发射波的传播特性和最小二乘法理论确立了三维编织复合材料性能分析和内部缺陷的定位方法.通过实验对比了工业CT扫描和声发射检测两种方式确定损伤源位置的差异,表明声发射源定位具有一定的准确性.     

基于形态滤波的绝缘子污秽放电声发射信号降噪

针对基于声发射技术的绝缘子污秽放电在线监测系统采集到的声信号容易受到背景噪声的干扰进而难以捕捉放电初期的微弱放电脉冲问题,探讨了数学形态学滤波在绝缘子污秽放电声发射信号降噪研究上的应用.从放电信息完整性的角度分析了背景噪声干扰下绝缘子污秽放电声发射信号的微弱放电脉冲的提取方法,运用Top-Hat变换和边缘检测阈值相结合的方法对含噪的污秽放电信号进行处理.研究结果表明该方法能在完整保留信号特征的同时有效地抑制信号中的噪声,且实时性较高,适用于在线监测系统.     

Feasibility analysis for monitoring fatigue crack in hydraulic turbine blades using acoustic emission technique

In order to investigate the feasibility of monitoring the fatigue cracks in turbine blades using acoustic emission (AE) technique, the AE characteristics of fatigue crack growth were studied in the laboratory. And the characteristics were compared with those of background noise received from a real hydraulic turbine unit. It is found that the AE parameters such as the energy and duration can qualitatively describe the fatigue state of the blades. The correlations of crack propagation rates and acoustic emission count rates vs stress intensity factor (SIF) range are also obtained. At the same time, for the specimens of 20SiMn under the given testing conditions, it is noted that the rise time and duration of events emitted from the fatigue process are lower than those from the background noise; amplitude range is 49–74 dB, which is lower than that of the noise (90–99 dB); frequency range of main energy of crack signals is higher than 60 kHz while that in the noise is lower than 55 kHz. Thus, it is possible to extract the useful crack signals from the noise through appropriate signal processing methods and to represent the crack status of blade materials by AE parameters. As a result, it is feasible to monitor the safety of runners using AE technique. Foundation item: Project(50465002) supported by the National Natural Science Foundation of China     

基于小波包主元分析的表面肌电信号特征识别

针对表面肌电信号(SEMG)的非平稳性及小波包变换系数维数过高的问题,提出一种小波包主元分析和线性判别分析相结合的表面肌电信号动作特征识别新方法。以表面肌电信号用于智能轮椅为例,对采集到的两路SEMG信号进行小波包主元分析,提取SEMG信号的运动特征矩阵,并将运动特征矩阵输入到线性判别分类器进行分类,实现了前臂动作识别。试验表明:该方法能够将小波包系数矩阵由16维降到4维,并且对前臂的四种动作模式(握拳、展拳、手腕内翻和手腕外翻)的平均正确识别率达98%,与传统的小波包变换相比有较高的识别率。     

水声阵列信号处理对角减载技术

针对独立高斯白噪声背景和多个平面波干扰,尤其是低输入信噪比的情况,提出一种基于阵列信号协方差矩阵对角减载的波束形成技术。通过足够多次快拍的估计,得到接收信号稳定的协方差矩阵,对协方差矩阵进行适量的对角减载能提高阵列输出增益以及多目标的分辨能力。对基于对角减载的常规波束形成和最小方差无畸变波束形成器的阵列增益进行了仿真,分析了阵列增益随减载系数的变化关系,并研究了多目标分辨时对角减载系数的取值区间,最后仿真验证了对角减载技术提高MVDR多目标分辨能力的有效性。     

基于声发射的输油管线破坏点定位方法研究

针对国内油田石油输送管线上频繁的钻孔盗油,且常规互相关检测法定位误差较大的情况,基于声发射信号的传播和改进小波包分解算法,提出了一种钻孔破坏点精确定位方法.根据管道两端声发射(AE)传感器的采样数据,采用改进小波包算法将信号分解到不同的频段,并结合快速傅立叶分析对高、低频的不同情况分别进行处理,再提取能量较丰富的小波包作为特征包进行重构,对特征包的重构信号进行相关分析来确定破坏信号到达两端传感器的延时,进而确定破坏点的位置.实验研究表明该方法可消除小波滤波器组造成的频谱混叠现象,提高了互相关分析定位的准确性,有助于实时检测埋地管线上的钻孔破坏信号.     

Modeling and finite element analysis of transduction process of electromagnetic acoustic transducers for nonferromagnetic metal material testing

Facing the problems lack of considering the non-uniform distribution of the static bias magnetic field and computing the particle displacements in the simulation model of electromagnetic acoustic transducer (EMAT),a multi-field coupled model was established and the finite element method (FEM) was presented to calculate the entire transduction process.The multi-field coupled model included the static magnetic field,pulsed eddy current field and mechanical field.The FEM equations of the three fields were deri...