金属疲劳裂纹声发射特性分析及检测概率研究

声发射信号特征参数可以反映结构损伤过程,针对声发射技术对结构损伤的检测概率问题,以金属疲劳裂纹检测试验为基础,首先利用声发射特征参数的趋势分析和关联分析法,对采集到的声发射信号进行了处理与分析;其次,根据贝叶斯理论,计算了声发射对一定长度疲劳裂纹的检测概率,可为利用声发射技术进行金属疲劳损伤检测时的信号分析,以及完善航空结构裂纹检测概率曲线手册提供参考。     

Q345R疲劳裂纹扩展过程的声发射研究

为了建立疲劳过程与声发射参数之间的关系,对压力容器常用钢材的典型代表——Q345R的疲劳裂纹扩展过程的声发射信号进行详细研究. 结果表明:Q345R疲劳裂纹扩展的声发射过程分为三个明显的阶段,累积计数值和累积能量值可以很好地表征整个疲劳裂纹扩展过程;声发射参数在第2阶段到第3阶段的转折点比线弹性断裂力学定义下的要提前,表明声发射技术对疲劳进入失稳扩展阶段更加敏感;建立了Q345R声发射计数率和能量率与疲劳裂纹扩展速率的关系,它可以为Q345R剩余寿命的预测提供依据.     

集料性状对高强混凝土断裂和声发射特性的影响

计算不同粗集料粒径、不同集料体积率和不同种类粗集料混凝土断裂能和断裂韧性；测试混凝土断裂时的声发射事件数；分析了集料性状对混凝土断裂性能的影响以及声发射事件数和断裂性能的关系。     

铁铬铝合金裂纹产生时的声发射

通过声发射及扫描电镜技术，了铁铬铝合金裂纹形成的条件，结果表明，合金中热应力可产生微裂纹，内应力的存在以及环境氢的渗入，通常使盘条产生纵向裂6纹；合金的失效过程是一个通过声发射释放能量的过程。     

飞机声疲劳裂纹扩展的分析方法研究

随着近年来各种大型、超高速飞行器的加速研制,发动机噪声越来越高,随之而来的结构声疲劳问题也越来越引起人们的重视。作为一种非常规的高周低应力振动疲劳问题,声疲劳裂纹扩展的处理是一项工程难题。分析了声疲劳裂纹扩展问题的主要技术难点,改进了虚拟裂纹闭合法(VCCT),并将其应用到某飞机结构声疲劳问题中,对某飞机结构在噪声载荷作用下的裂纹扩展情况进行了计算。结果表明,改进后的VCCT方法合理可行,具有一定的工程应用价值。不过由于材料在随机振动载荷作用下的裂纹扩展参数与静态(或准静态)下会有所差异,故对于分析中使用的材料参数,应该进行静-动转换或者通过专门的动态试验来测得。     

高强螺栓止裂法修复含裂纹钢板疲劳受力性能

为了分析高强螺栓止裂法的止裂效果,首先基于带裂纹钢板的有限元模型探究孔径和螺栓预紧力参数对修复后钢板的应力分布和止裂机理的影响。随后对修复后的预裂钢板进行3组对比疲劳试验,评价了不同修复方法下的结构疲劳寿命,并与各国规范相关S-N曲线进行比较。分析和试验结果表明:采用止裂孔法和高强螺栓止裂法均能延长损伤钢板的疲劳寿命,但高强螺栓止裂孔修复效率更优,其延长结构寿命是单纯止裂孔修复的9倍以上。以测点应力发生突变为疲劳失效判据时,单纯采用止裂孔修复不足以满足各国规范规定的疲劳强度等级,而高强螺栓止裂孔修复组明显高于AASHTO中A类细节等级,具有优异的抗疲劳性能。     

某型飞机水平尾翼疲劳试验的声发射实时监测

介绍了某型飞机水平尾翼功能试验过程中关键部件(包括不可接近部件)疲劳损伤的声发射(AE)实时监测技术.在强冲击、高振动背景噪声下,基于对模拟声发射源和背景噪声信号特征的分析,对采集数据进行了预处理,提高了数据的信噪比.对预处理后的AE信号特征参数进行趋势分析,结果表明,在长时间的疲劳试验过程中,由于试验环境的变化,背景噪声也发生相应的变化,AE信号特征参数的变化趋势能正确反映背景噪声变化的随机性和非稳态性.以半轴为例,AE信号特征参数(Hits)的趋势变化反映出半轴的疲劳损伤历程;通过AE信号的波形分析,基本确定了半轴初始疲劳损伤的形成时间和两对称的疲劳损伤源.     

运用声发射技术研究橡胶混凝土疲劳损伤过程

借助声发射技术对水泥混凝土及橡胶水泥混凝土的疲劳过程进行实时监测,通过声发射信号的强度和活度等相关参数分析疲劳损伤过程.实验结果表明:疲劳循环加载过程中,0.6,0.7,0.8应力水平下水泥混凝土中声发射信号的撞击总数随时间变化均呈现近似线性增长趋势,幅度随时间变化分布密集,声发射信号连续发生,表明水泥混凝土的疲劳损伤过程是一个持续的损伤累计增长的过程;橡胶混凝土声发射信号的撞击总数随时间变化曲线分为中间阶段曲线平缓、幅度随时间变化分布松散3个阶段,疲劳损伤全过程呈现典型的裂纹引发、稳定扩展和失稳扩展3个阶段.由于在疲劳循环加载过程中橡胶的能量耗散特性以及良好的吸声性能,橡胶混凝土中声发射信号发生的强度和活度普遍低于同应力水平下的普通水泥混凝土,损伤演化速度缓慢,损伤程度降低,因此具有优异的疲劳性能.     

声发射技术在航空机械装备疲劳失效研究中的应用

在对声发射（ＡＥ）技术分析的基础上，探讨了其在航空机械装置，尤其是复合材料疲劳失效研究中的应用前景。     

铝质陶瓷在热应力下裂纹形成及扩展的声发射表征

本文将声发射技术应用于陶瓷材料研究领域，通过由传感器，前置放大器，滤波器，主放大器，信号形成器，时基计数器组成的声发射检测系统，精确地测定了陶瓷材料在热应力作用下裂纹生长，扩展的动态过程；发现陶瓷材料在冷却过程中声发射计数率的峰值约为加热过程的４００倍，陶瓷材料在热应力下微裂纹的形成，生长主要发生在冷却过程中；当晶粒尺寸减小时，材料的微裂纹扩展，蔓延逐渐被抑制在较小的范围内。     

基于声发射的岩石疲劳损伤演化

通过砂岩试件疲劳破坏的声发射实验,分析了砂岩疲劳破坏过程的声发射特性,研究了岩石的疲劳损伤演化规律.按岩石整个疲劳过程的声发射特征及损伤演化规律,并参考岩石不可逆变形发展的三阶段规律可以将其分为四个阶段.岩石疲劳损伤破坏具有突发性,在岩石失稳阶段损伤加速演化.如果以声发射监测和预测岩石疲劳破坏,在损伤量0.4左右即进入失稳阶段,在损伤量0.3左右即进入失效阶段.     

基于NMR和声发射的砂岩疲劳损伤试验研究

为科学地评价工程岩体的长期稳定性和安全性,在实验室条件下对饱水砂岩开展循环加卸载试验,结合声发射技术与核磁共振分析技术两种手段探究其宏细观变形及疲劳损伤演化规律.研究结果表明:在循环荷载作用下,砂岩的声发射能量分布规律与轴向累积残余变形发展规律、应力-应变曲线滞回环变化规律一致,均能反映岩石在重复应力的作用下逐渐劣化至发生破坏;岩石疲劳损伤过程中的声发射能量幂律特征具有时间序列上的尺度不变性,循环中期幂指数可有效表征全过程能量分布;根据T₂谱结果,定义系数K₂为细碎裂隙与较大裂隙体积之比,循环过程中K₂一直处于增加的状态,当K₂值急剧下降时,砂岩有破坏的前兆;试件的AE特征与NMR特征均能体现岩石内部孔裂隙变化,其结果具有一致性,反映出岩石破坏是局部变形累积引起的整体疲劳损伤.      

疲劳裂纹扩展的概率分析模型

本文提出了一个新的疲劳纹扩展的概率分析模型，对裂纹扩展速率表达中参数Ｃ和ｍ的概率特性进行理论，上Ｃ和ｍ的相关关系得到该分析模型的一个数学论证，并采用ΔＫ控制的纹扩展实验对模型的正确性和可行性进行了验证，给出了各参数的解析方法和该模型的应用例。?     

静力侵入岩石裂纹扩展及声发射特征

为了研究刀具静力侵入岩石过程中裂纹扩展及声发射特征,基于刀具侵入岩石断裂特征,确定了声发射参数与刀具侵入岩石过程中径、侧向裂纹长度的关系式;通过分析不同脆性岩石和裂纹长度对声发射信号的影响,得到声发射参数随裂纹长度增加而增大,不同岩石脆性程度对声发射参数随裂纹长度的变化曲线有很大影响,是造成声发射曲线不同的根本原因.选取不同脆性的水泥砂浆和花岗岩为研究对象,在RMT-150C压力试验机上进行刀具侵入破岩试验.结果表明:高脆性花岗岩声发射计数率和能量率远大于低脆性水泥砂浆;不同脆性岩石在刀具侵入作用下声发射特征曲线与侵入载荷-侵深曲线具有较好的一致性,可以很好表征刀具侵入过程中岩石内部裂纹扩展和宏观破碎过程.研究结果对于判断岩石材料破坏性质、深化岩石破碎机理及指导岩体稳定性监测有一定参考作用.     

疲劳裂纹扩展的非平衡统计模型

为了研究金属中微观结构对疲劳裂纹扩展性能的影响，在建立的宏观与微观相结合的疲劳断裂非平衡统计理论中，考虑了材料微观结构因素， 得到了包括疲劳短裂纹及长裂纹的整个金属疲劳寿命的普话裂纹扩展速度公式，并和他人的理论结果进行了比较。     

钢箱梁横隔板-U肋疲劳裂纹钢板加固参数分析

通过建立带疲劳裂纹的钢箱梁横隔板-U肋局部有限元模型,分析钢板加固机理。通过提取连接焊缝焊趾应力评价受损构件钢板加固效果。通过提取胶层应力分析钢板加固后的胶层破坏模式,提取裂纹尖端应力强度因子用于研究钢板加固效果。通过设置多种工况,研究加固件面积、形状、厚度等参数对于加固效果的影响。研究表明：钢板加固可显著改善横隔板-U肋焊缝应力水平。钢板可有效贴合疲劳裂纹,加固作用体现为代替受损截面参与构件协同受力。钢板加固面积对于加固效果影响较大,沿横隔板与U肋连接焊缝方向延长加固件,可提升加固效果。短裂纹加固时适当增加板厚。设置十字形加劲肋加固效果劣于等效增加板厚。     

焊接接头疲劳裂纹扩展随机模型

用随机过程理论与试验数据相结合的方法建立了焊接接头疲劳裂纹扩展的随机模型,根据随机模型分析了焊接接头疲劳裂纹扩展的统计规律。     

轴承钢的疲劳裂纹研究

对轴承钢的疲劳裂纹和门槛值进行了仔细研究，提出了该类材料门槛值的理论计算公式，考虑了如应力比、应力集中、曲率半径等影响脆性开裂的主要因素，并给出了实验验证，两者非常吻合．     

基于声发射监测的316LN不锈钢的疲劳损伤评价

疲劳裂纹的萌生与扩展容易导致压力容器及管道的严重疲劳失效.因此就设备的安全可靠性而言,非常有必要对疲劳裂纹扩展过程进行监测,并对疲劳损伤程度进行评估.本文针对316LN不锈钢材料进行疲劳实验研究,利用直流电位法测量实验中的裂纹长度,得到了材料的疲劳裂纹扩展曲线.利用声发射技术对疲劳裂纹扩展过程进行监测,通过声发射多参数分析对疲劳损伤状态进行评价,同时建立了声发射参数与线弹性断裂力学参数之间的关系,并进行寿命预测.研究表明:声发射能够对316LN不锈钢的疲劳裂纹损伤进行有效评估,声发射累积参数如累积计数、累积能量和累积幅值曲线上的转折点标志着疲劳裂纹进入快速扩展阶段,这可以为工程人员提供失效预警;声发射波形和频谱分析表明,噪声信号的幅值较小且信号持续时间较长,信号包含的频率成分比较复杂,而裂纹扩展信号是突发型信号,衰减较快,信号频率主要集中在80～170 kHz范围内;声发射计数率、能量率和幅值率与应力强度因子幅度以及疲劳裂纹扩展速率之间呈线性关系,裂纹长度预测结果与实测值接近.本研究工作对于工程结构的疲劳失效预警和剩余寿命预测具有重要意义.