转轮叶片裂纹声发射信号的特征提取及其传输

为了实现水轮机转轮叶片裂纹在线监测,本文对基于DSP的转轮裂纹声发射检测系统进行了软件和硬件设计,实现了对金属裂纹声发射信号进行分析并提取其信号的特征参数,然后通过蓝牙模块将特征参数传到上位机.经实验测试表明提取的声发射信号特征参数有效,数据传输误码率低.     

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.     

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.     

低碳钢疲劳损伤声发射检测的概率熵研究

研究利用声发射技术对低碳钢的疲劳损伤进行检测和评估。首先,基于声发射技术对材料微损伤事件的高敏感性,针对经不同次数动态循环加载后的低碳钢试样,通过采集静载下的声发射信号检测材料的疲劳损伤状态;其次,针对所采集的海量声发射信号,按其幅值大小进行统计分析,构建一个能够表征损伤能量尺度特征和时间序列特征的二维矩阵,进而通过对该矩阵的分析研究低碳钢在不同次数循环加载下的损伤演化特征;最后,通过计算声发射信号按幅值统计后的概率熵描述材料疲劳后的损伤演化特征。通过试验并辅以对材料断面的扫描电镜观测,获得的结果为低碳钢在不同疲劳载荷后的损伤概率熵曲线具有差异性,这提示基于声发射检测的损伤概率熵有望成为表征材料疲劳损伤状态的有效参量。     

混凝土结构损伤声发射分析方法研究进展

基于声发射技术在混凝土损伤检测中广阔应用前景，对国内外混凝土损伤的声发射分析方法的研究进行了分析。混凝土损伤的声发射分析方法梳理工作主要围绕混凝土损伤声发射信号特征参数分析、声发射信号波形分析、基于声发射技术的混凝土损伤定位分析和火灾下混凝土结构损伤声发射技术应用4个方面来展开，介绍了多种声发射分析方法的研究现状，并对其技术特点和适用范围进行了总结。     

基于声发射技术的混凝土压缩损伤研究

结合力学特性参数及声发射特征参数对混凝土压缩破坏过程进行分析,结果表明声发射特征参数能有效表征混凝土材料内部裂纹扩展数量及损伤程度.基于小波变换对采集的声发射信号进行瞬态分析,获得了裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的时频特征.实验中裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩、裂纹汇合所对应的声发射信号的上升时间依次增长,频率依次降低与应变能释放理论相符合.     

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.     

声发射技术的飞机液压导管靠磨损伤检测方法

为预防因液压导管相互之间,或与机体结构、设备机箱间靠磨引起的液压导管损伤或破裂,导致飞机液压系统故障或失效等问题,提出基于声发射技术的飞机液压导管靠磨损伤检测方法。通过检测导管靠磨损伤的声发射信号,在时域内进行特征参数分析,特征提取和损伤模式识别,从而判断导管是否存在靠磨损伤。在明确了导管靠磨的定义,介绍了导管靠磨的物理过程和机械损伤机理基础上,采用关联图分析对声发射信号特征参数进行分析和处理,并在飞机上进行了振动载荷作用下液压导管靠磨损伤检测实验,结果证明检测方法可行。     

碳纤维机织复合材料损伤演化的声发射特征及信号分析

对碳纤维斜纹机织复合材料层合板进行了拉伸试验,利用声发射技术监测复合材料的损伤演化规律,复合材料的各种失效模式具有明显的声发射特征参数;应用 Hilbert-Huang 变换来分析复合材料损伤发生时的声发射信号,能够准确地获得信号的瞬时物理量,并且利用频率特征能够很好的识别损伤模式,为研究复合材料损伤机理提供新的方法。     

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.     

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.     

服役后期海洋平台剩余寿命可靠度预测方法

为保证服役后期平台在延寿服役期内的安全性,需要对其结构整体剩余寿命可靠度进行预测.因此,重点研究了在随机波浪载荷作用下平台部分构件动力失效和疲劳失效时,平台整体时变可靠度预测方法.采用Miner线性累积损伤理论和首次超越失效准则,计算平台构件的疲劳寿命可靠度和动力可靠度,搜索并删除失效概率较大的构件,运用波浪增量动力分析法找出平台结构所能承受的极限波浪载荷,再结合服役海域波浪统计资料,计算平台结构系统整体时变可靠度以预测其剩余寿命.算例表明了该方法的实用性和简便性.     

考虑环境变温作用的大跨桥梁疲劳损伤分析

基于桥梁健康监测系统记录的温度时程数据,研究钢箱梁顶板、底板的温度变化特征和规律,利用间接耦合法将热分析的温度数据作为体荷载施加于结构多尺度有限元模型,获得了环境变温引起的结构应力,实现了从热分析到结构应力的分析.然后,利用健康监测系统记录的应变时程数据,考察车辆荷载和环境变温所引起的应变特征的差异,提取和分离出由环境变温和车辆荷载引起的应变时程,并与模拟得到的应力时程加以对比和相互验证,在此基础上利用连续介质损伤力学理论分析车辆荷载单独作用以及车辆和环境变温交互作用所引起的桥梁累积损伤.结果表明:提出的损伤分析流程可实现桥梁关键部位在考虑环境变温和车辆荷载两种因素作用下的损伤分析.环境变温单独作用所引起的疲劳损伤很小,基本可以忽略,但两者交互作用所引起的结构疲劳损伤相对于车辆单独作用下的损伤有显著差异.在服役初期环境变温的作用并不显著,随着疲劳损伤的不断增加,这种交互作用对结构疲劳损伤累积的影响会愈发明显,即环境温度变化引起的荷载会加速结构服役中后期疲劳损伤的累积速率,进而对结构疲劳寿命产生显著影响.     

汽车板簧疲劳裂纹监测技术

介绍了一种适用于种类板簧疲劳试验、疲劳损伤的监测方法及系统。利用板簧疲劳裂纹产生的声发射（ＡＥ）信号作为探伤的动态监测信号，开发、研制出抗干扰能力强、使用方便的专用ＡＥ传感器，针对ＡＥ信号设计出特殊的信号预处理电路，并利用８０９８ＣＰＵ完成对ＡＥ信号的复杂处理和相应的诊断算法，并给出人机交互界面和强电控制输出口，完成对疲劳试验机的控制，经实验验证和使用，证明其具有强的抗干扰能力和实用性。     

水泥基材料损伤自诊断机理声发射研究

采用声发射与电阻技术对碳纤维混水泥基材料土在单轴受压和三点弯曲负荷下内部损伤进行了监测 .研究表明 ,在三点弯曲负荷下 ,碳纤维混凝土的荷载 -挠度曲线与试件的电阻和声发射事件数存在良好的对应关系 .对于碳纤维水泥基复合材料 ,其导电率主要依赖分散于水泥基体中相互搭接的碳纤维的渗流网络 .材料内部的损伤引起相互搭接的渗流网络破坏 ,而致使材料电阻增大 .因此 ,在整个加载过程中 ,体系的电阻反映了材料内部的损伤 .另一方面 ,通过声发射信号的分析 ,可以鉴定材料内部损伤的机理 .     

基于实时应变监测信息的钢筋混凝土梁有效疲劳应力参数值模型

为获得反映钢筋混凝土梁真实响应状态的疲劳应力值,提出基于实时应变监测信息的有效疲劳应力参数值模型.鉴于实时应变监测数据的周期循环特性,将其处理为标准循环块,采用低高频运算实现结构真实数据的提取;基于"傅里叶转换"进行转换分析及真实性验证,获得真实的应变数据.基于动态应变标准循环块特征,在随机波形应力峰值统计时只考虑主要...     

基于WIM数据的钢箱梁斜拉桥疲劳荷载谱分析及寿命预测研究

由于钢桥面板的疲劳损伤主要来源于车辆荷载的反复作用,因此,为了预测钢箱梁斜拉桥的寿命,需要对其在重载交通流量下的疲劳荷载谱进行研究.该文以某大跨度钢箱梁斜拉桥为背景,基于桥梁健康监测系统中的WIM模块采集得到一定时段的车重、轴数、轴距等车辆荷载参数,采用统计分析方法对其进行批量化处理分析,得到了等效模型车的疲劳荷载谱.以此为基础,选取了钢箱梁斜拉桥易发生疲劳损伤的U型肋、盖板、横隔梁等重点部位进行疲劳寿命分析,分析结果表明:各重点部位尚未产生过大损伤疲劳.     

不同传感器安装方式对隧道现场声发射参数监测结果的影响

为研究不同传感器安装方式对隧道现场声发射监测结果的影响,以渝广高速华蓥山隧道掘进爆破中的声发射响应试验为依托,通过隧道现场试验的方法对比了原岩表面安装、初衬表面安装、锚杆端部安装等3种声发射传感器安装方式下的声发射参数监测结果。从参数分析结果来看,不同的传感器安装与耦合方式对声发射监测结果有较大的影响,尤其是锚杆端部安装方法的声发射参数监测结果与前两者差异较大,这种差异主要源于波传播过程中穿过的交界面数量及介质截面积变化等,因此在现场监测过程中应当重点关注监测点附近的结构特征,选择合理安装方式,或充分利用监测点附近结构对信号的放大效应,削弱衰减与环境噪声的影响。     

混凝土疲劳损伤累积神经网络模型

针对混凝土疲劳累积损伤的发展受荷载、材料性质等多种因素影响、很难用显式的数学函数表达的难题，基于神经网络方法提出了一个考虑变幅疲劳的级数和加载顺序影响的混凝土疲劳损伤累积模型，采用神经网络技术描述了其与材料性能、荷载应力间复杂的非线性映射关系，准确反映了混凝土疲劳损伤演变的真实过程，并运用离散系统仿真原理构造了退凝土变幅疲劳寿命预测的智能化仿真系统．该系统可用于结构抗疲劳设计和疲劳可靠性分析、有损结构损伤评估及维修决策．