磨粒变切深划擦陶瓷声发射及其时间序列建模

实验研究了不同切深下单颗金刚石磨粒分别划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号的频谱和特征值,并对金刚石磨粒划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号建立合适阶次的时间序列自回归滑动平均模型.研究结果表明,随着切深的增大氧化铝的划擦声发射信号在0～110 k Hz主频段的能量增大,并且声发射信号最大幅值在较高频率;随着切深的增加氧化锆划擦声发射信号在0～100 kHz主频段的能量减少,并且声发射信号最大幅值在较低频率;同时划擦声发射信号特征值会随着切深的增大而增加.合适的自回归滑动平均模型与单颗金刚石磨粒分别划擦氧化铝和氧化锆陶瓷时的声发射信号有较高的相似度,其特征参数与单颗磨粒切深之间也具有良好的线性关系,说明合适的自回归滑动平均模型能较好地表征单颗金刚石磨粒划擦氧化铝和氧化锆的声发射信号特征,并可实时分析单颗金刚石磨粒划擦陶瓷的深度.     

单颗磨粒划擦陶瓷声发射信号 与材料去除体积关系研究

针对硬脆难磨削的氧化锆和氧化铝两种工程陶瓷,研究其磨削表面创建的声发射监测,研究单颗金刚石磨粒划擦陶瓷材料的去除体积与其对应的声发射信号之间的关联.试验结果表明:随着单颗磨粒划擦陶瓷去除体积的增大,其声发射信号在低频段的信号能量占比增大;声发射信号的均方根值、最大幅值和标准差等特征值增大,且这两种陶瓷材料单颗磨粒划擦声发射信号特征值的增大趋势不同;但这些声发射信号的特征值大小都与其对应的陶瓷材料去除体积有关.同时单颗磨粒划擦陶瓷的声发射信号的时间序列自回归AR(2)模型可以表示其对应的声发射信号.时间序列自回归AR(2)模型特征参数的绝对值都随划擦陶瓷去除体积增大而增大,且增大趋势与其声发射信号特征值的增大趋势相似.为工程陶瓷磨削表面创建的声发射在线监测打下了基础.     

氧化铝陶瓷磨削金刚石砂轮磨损的声发射监测

阐述了声发射监测工程陶瓷磨削的研究进展,发现目前对金刚石砂轮磨损监测研究基本上是选取声发射信号均方根(即有效值)进行分析,且金刚石砂轮磨损状态的声发射监测准确率不高.为提高金刚石砂轮磨损状态的声发射监测准确率,设计了氧化铝陶瓷磨削声发射实验,并采用支持向量机建立金刚石砂轮磨损状态的分类模型.分析发现氧化铝陶瓷精密磨削中声发射信号最强频谱能量在30~40kHz频段.金刚石砂轮轻度磨损、严重磨损钝化和修锐之后的磨削声发射信号频谱有明显不同;而且磨削声发射信号小波分解系数的方差值能够很好地反映金刚石砂轮磨损状态.结果表明采用磨削声发射信号的小波分解系数方差作为支持向量机判别金刚石砂轮磨损状态的输入特征,金刚石砂轮磨损状态分类测试的准确率达100%.     

工程陶瓷高速深磨中声发射的实验研究

建立了工程陶瓷高速深磨中声发射的实验系统,自主开发了其中的声发射信号虚拟仪器采集系统.对部分稳定氧化锆(PSZ)和氧化铝进行了高速深磨声发射的实验研究,分析了磨削参数和工程陶瓷材料对声发射信号的影响.研究了砂轮修整前后声发射信号的变化.结果表明,即使在砂轮超高速和大切深下,声发射增加仍较小.选择砂轮超高速、大切深和小的工作台速度对高效低成本磨削工程陶瓷是有利的.运用声发射还可对砂轮磨损状态进行在线监测.     

单轴压缩作用下CFST柱的声发射特征

通过对不同配筋率和不同壁厚钢管混凝土(CFST)柱进行单轴压缩声发射试验,对比分析了各试件破坏全过程的声发射信号特征.试验结果表明:试件的整个破坏过程可分为弹性段、弹塑性段、强化段和失效段四个阶段,声发射特征参数变化与试件破坏过程表现出较好的对应关系.声发射累积能量和累积撞击数均随荷载的增加而稳步增加;b值经历了缓慢上升、平稳波动、迅速下降的变化,反映了试件内部裂纹的逐步扩展情况;通过对声发射RA值、AF值分析可知,钢管混凝土柱的破坏过程既产生拉伸型裂纹又产生剪切型裂纹,随着荷载的增大,破坏中剪切型裂纹所占比例逐渐增多.研究表明声发射技术可以有效监测轴压下钢管混凝土柱的损伤状态.     

深部灰岩劈裂破坏的声发射损伤表征

开展深部岩石的损伤破裂信息识别研究对岩体稳定性监测预警具有重要的指导意义。通过开展深部灰岩巴西劈裂声发射试验,分析了试验采集到的声发射实测全波形演化特征,在信号频域内提取了波形的主频,在时域内计算了特征参数的RA-AF值。研究结果表明:通过声发射实测全波形,可将岩石损伤过程细分为微损伤萌生阶段,裂纹扩展阶段和结构破坏阶段;低幅值波形多为连续型信号,高幅值波形则多为突发型信号;声发射频谱结构与损伤量及损伤程度密切相关,主频具有聚类分布特征,能够对应岩石微观及宏观破坏;基于声发射主频划分的RA-AF分界线,促进了声发射信号表征岩石破裂模式由定性分析向定量分析的转变。     

钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发射特征分析

设计钢制试件拉伸断裂和疲劳开裂两种损伤过程的声发射监测试验,对采集到的声发射信号进行参数分析,结合红外热成像检测结果,研究声发射信号特征参数与试验过程中试件力学行为之间的相关性.研究结果表明:拉伸断裂和疲劳开裂过程中试件声发射信号的能量、振铃计数、幅值等声发射信号特征参数能够很好地表征试件损伤过程的力学性能演化规律;试件出现损伤时所发出的声发射信号能量幅值主要分布在65～80 dB;声发射技术用于工程结构的健康监测是可行和有效的.     

循环荷载作用下泥岩动力特性

利用微机伺服岩石三轴试验机TAW-2000,对泥岩进行了不同围压(σ₃=0.5 MPa、2 MPa)和加载频率(f=0.2 Hz~2 Hz)下的变幅循环荷载试验,研究了围压、加载频率及加载幅值对泥岩的破坏形式、动抗压强度、滞回曲线面积及动弹性模量(E_d)的影响。试验结果表明:在0.2 Hz~2 Hz的加载频率下,岩石破坏形式受围压影响较大,以剪切破坏为主,部分岩样出现劈裂破坏;在0.2 Hz~1 Hz的加载频率和0.5 MPa~1 MPa的围压下,动抗压强度主要呈现减小趋势,仅在2 Hz的加载频率下,岩石抗压强度有较大提高;滞回曲线面积随加载幅值增加逐渐增加,同一幅值作用下,滞回曲线面积随循环次数的增加呈现减小趋势;E_d随加载幅值增加而减小后趋于稳定。     

ZnS和C60纳米线阵列的构筑和表征

以多孔氧化铝为模板,通过水热反应制备出ZnS 和 C₆₀纳米线阵列,分别用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱以及选区电子衍射图谱(SAED)等,对纳米线阵列形貌和化学成分进行表征.结果表明,ZnS 和C₆₀纳米线均为有序阵列.ZnS纳米线为多晶结构,在波长332 nm紫外光激发下, 发射519 nm特征荧光.同时介绍了水热条件下,在多孔氧化铝模板中填充目的产物,以及制备纳米线有序阵列的相关过程.该方法具有一定的普适性.     

单轴压缩下炭质板岩的应变速率效应及声发射特性

为了探究应变速率对炭质板岩单轴力学特性和声发射特征的影响,开展了4组不同准静态应变速率（8.50×10^-6s^-1、1.70×10^-5s^-1、1.70×10^-4s^-1和3.34×10^-4s^-1）下的单轴压缩试验,并同时监测了加载过程的声发射信号。基于试验数据,总结分析了应变速率对炭质板岩应力-应变关系、能量耗散及声发射特征的影响规律,探讨了应变速率的影响机制。同时,基于加载过程中耗散能密度的演变规律,提出了将耗散能曲线平直段起点作为炭质板岩闭合应力σ_cc、平直段终点作为扩容应力σ_cd的特征应力确定方法。结果表明：在准静态应变速率范围内,炭质板岩的弹性模量和峰值强度随应变速率的增大均先增大后减小,在应变速率1.7×10^-4s^-1时达到最大值;闭合应力、起裂应力和扩容应力与峰值应力的比值基本在0.37、0.55和0.74左右,不随应变速率发生变化;应变速率对声发射信号影响显著,随应变速率增加,0~50kHz内的主频率占比逐渐增加,而100~250kHz内的主频率占比逐渐减小,炭质板岩的破坏形式逐渐由张拉破坏变为剪切破坏。     

Characterizing Acoustic Sources in Pressure Vessels

IntroductionThe challenge of acoustic emission testing is theinverse- source problem,i. e.,to find thecharacteristics of an acoustic emission(AE) sourceby analyzing the AE signals,including thelocation,nature,and severity for pressure vesseltesting. Linear,planar,and 3 - dimensional sourcelocation techniques based on time differences areable to find active defects[1] ,but are unable tonondestructively evaluate the vessel condition.Theaim of AE signal processing is to obtain a completedescrip…     

Effect of SrCO3 addition on the dynamic compressive strength of ZTA

Ceramic parts usually experience dynamic load in armor applications. Therefore, studying the dynamic behaviors of ceramics is important. Limited data are available on the dynamic behaviors of ceramics;thus, it is helpful to predict the dynamic strength of ceramics on the basis of their mechanical properties. In this paper, the addition of SrCO3 into zirconia-toughened alumina (ZTA) was demonstrated to improve the fracture toughness of ZTA due to the formation of the SrAl12O19 (SA6) phase. The porosity of ZTA was found to be increased by the addition of SrCO3. These newly formed pores served as the nucleation sites of cracks under dynamic load;these cracks eventually coalesced to form damaged zones in the samples. Although the KIC values of the samples were improved, the dynamic strength was not en-hanced because of the increase in porosity;in fact, the dynamic strength of ZTA ceramics decreased with the addition of SrCO3.     

具有弱冲击倾向性的须六段砂岩声发射特征

为了认识具有弱冲击倾向性砂岩的声发射特性,利用MTS815岩石力学测试系统、AE测试分析系统对永川煤矿须六段砂岩进行了测试。结果表明:砂岩受载过程的不同阶段产生的AE信号有较大区别;AE事件空间分布的变化反映了岩石受损伤后的破裂失稳过程;须六段砂岩存在Kaiser效应和Felicity效应。研究结论为应用AE监测技术预测、预报矿井岩石动力灾害提供了科学依据。     

声发射技术用于诊断发动机活塞与缸套间磨损故障的实验研究

用实验方法研究了诊断发动机磨损故障的AE(AcousticEmission)技术 ,对发动机活塞与缸套间磨损过程产生的声发射信号进行了分析。实验结果表明 ,活塞对缸套的横向撞击 (侧推力 )是产生AE信号的主要原因 ;AE信号时域和频域指标对磨损状态变化反应较敏感 (即使是在发动机的早期磨损阶段 ) ,且不同的磨损状态与其产生的AE信号有很好的对应关系 ,因此 ,AE指标可以作为评价磨损程度和诊断磨损故障的标准。该研究为发动机磨损故障诊断提供了一种新的有效方法 ,并可为往复式机械设备的磨损故障声发射诊断提供依据。     

Progressive Failure Analysis of Quasi-isotropic Self-reinforced Polyethylene Composites by Comparing Unsupervised and Supervised Classifications of Acoustic Emission Data

Unsupervised and supervised pattern recognition（ PR）techniques are used to classify the acoustic emission（ AE） data originating from the quasi-isotropic self-reinforced polyethylene composites,in order to identify the various mechanisms in the multiangle-ply thermoplastic composites. Ultra-high molecular weight polyethylene / low density polyethylene（ UHMWPE / LDPE）composites were made and tested under quasi-static tensile load. The failure process was monitored by the AE technique. The collected AE signals were classified by unsupervised and supervised PR techniques, respectively. AE signals were clustered with unsupervised PR scheme automatically and mathematically. While in the supervised PR scheme,the labeled AE data from simple lay-up UHMWPE / LDPE laminates were utilized as the reference data.Comparison was drawn according to the analytical results. Fracture surfaces of the UHMWPE / LDPE specimens were observed by a scanning electron microscope（ SEM） for some physical support. By combining both classification results with the observation results,correlations were established between the AE signal classes and their originating damage modes. The comparison between the two classifying schemes showed a good agreement in the main damage modes and their failure process. It indicates both PR techniques are powerful for the complicated thermoplastic composites. Supervised PR scheme can lead to a more precise classification in that a suitable reference data set is input.     

Acoustic emission detection of 316L stainless steel welded joints during intergranular corrosion

This study analyzes acoustic emission (AE) signals during the intergranular corrosion (IGC) process of 316L stainless steel welded joints under different welding currents in boiling nitric acid. IGC generates several AE signals with high AE activity. The AE technique could hardly distinguish IGC in stainless steel welded joints with different welding heat inputs. However, AE signals can effectively distinguish IGC characteristics in different corrosion stages. The IGC resistance of a heat-affected zone is lower than that of a weld zone. The initiation and rapid corrosion stages can be distinguished using AE results and microstructural analysis. Moreover, energy count rate and amplitude are considered to be ideal parameters for characterizing different IGC processes. Two types of signals are detected in the rapid corrosion stage. It can be concluded that grain boundary corrosion and grain separation are the AE sources of type 1 and type 2, respectively.     

稀土氧化物对氧化铝复相陶瓷显微结构和力学性能的影响

研究了Y2O3,CeO2,La2O3等稀土氧化物及复合稀土氧化物对热压烧结法制备氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷力学性能和显微组织的影响.结果表明,适量的稀土氧化物添加剂可改善氧化铝陶瓷的显微结构,加速烧结,有利于致密化并保持较好的力学性能.不同稀土氧化物及添加量对氧化铝陶瓷的显微结构和力学性能具有不同的影响.     

基于局域波近似熵的声发射信号处理

将近期发展的局域波法和近似熵法相结合应用于声发射信号的特征提取中.首先,将声发射信号进行局域波分解,得到自适应的基本模式分量;然后对各基本模式分量计算近似熵,描述各基本模式分量的复杂程度,监测声发射信号的发生和发展,量化声发射信号的特征.通过预制裂纹钢管静载实验,分析计算了钢管裂纹声发射信号的各基本模式分量的近似熵,表明局域波法与近似熵相结合的方法可以有效地提取声发射信号的特征,从而为声发射信号特征提取提供了一种新方法.