基于聲發(fā)射的RT軌道機(jī)疲勞加載信號(hào)特征提取與分析

楊 帥

（上海海事大學(xué)，中國 上海201306）

0 引言

材料中局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射(Acoustic Emission，簡稱AE)，有時(shí)也稱為應(yīng)力波發(fā)射。材料在應(yīng)力作用下的變形與裂紋擴(kuò)展，是結(jié)構(gòu)失效的重要機(jī)制。這種直接與變形和斷裂機(jī)制有關(guān)的源，被稱為聲發(fā)射源。通過AE技術(shù)對波形信號(hào)的提取和處理，可以分析材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的細(xì)觀變化、材料變形、變形擴(kuò)大以及完全變形或斷裂的宏觀變化。上海振華港機(jī)RT軌道機(jī)經(jīng)常斷裂，本文通過聲發(fā)射在疲勞加載情況下對RT軌道機(jī)斷裂原因進(jìn)行探究。

1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置

1.1 材料

本文研究對象為振華港機(jī)RT軌道機(jī)，焊縫有一道焊，二道焊，船型一道焊，二道焊等。

1.2 加載裝置及檢測裝置

本實(shí)驗(yàn)在天津大學(xué)高頻疲勞機(jī)SO3上對不同焊縫的金屬試件進(jìn)行疲勞加載，數(shù)據(jù)采集設(shè)備為美國物理聲學(xué)公司(PAC)的數(shù)字聲發(fā)射采集儀，傳感器為諧振式傳感器；頻率范圍50-200kHz；中心頻率：150kHz；耦合劑：硅油脂。

2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 傳感器布置

傳感器布置及試件尺寸如下圖所示：

圖1

2.2 儀器設(shè)置

打開聲發(fā)射采集軟件AEWin，對聲發(fā)射儀器的硬件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置如下表所示：

表1

其中聲發(fā)射參數(shù)PDT，HDT，HLT分別代表峰值定義時(shí)間，撞擊定義時(shí)間，撞擊閉鎖時(shí)間。波速度測定為：首先在試件兩端各布置一個(gè)傳感器，記錄兩個(gè)傳感器之間的距離為S，然后連接聲發(fā)射儀器的1,2通道，在1號(hào)傳感器根部做斷鉛實(shí)驗(yàn)，在軟件行顯示中觀察斷鉛信號(hào)到達(dá)2號(hào)傳感器的時(shí)間為t,則波速度v=S/t。

2.3 靈敏度標(biāo)定

傳感器布置好后，在各個(gè)傳感器根部做斷鉛實(shí)驗(yàn)，觀察每個(gè)通道的幅值，若幅值達(dá)到90以上說明傳感器正常，然后開始疲勞加載，打開聲發(fā)射采集軟件采集數(shù)據(jù)。

3 具體實(shí)驗(yàn)分析

由于數(shù)據(jù)量較大本報(bào)告只針對編號(hào)為6-22，焊縫為船型一道焊的試件進(jìn)行分析，試件具體加載參數(shù)如下表所示：

表2

3.1 具體參數(shù)分析

（1）加載過程聲發(fā)射信號(hào)的幅值特性

圖2

由上圖可以看出，1通道幅值為45db時(shí)撞擊數(shù)最多，3,4通道幅值為50db時(shí)撞擊數(shù)最多，均為剛過門檻值的撞擊，高幅值的撞擊很少。整個(gè)過程中1通道幅值大部分在60db以下，3,4通道在500s左右幅值大幅增加，可能是震動(dòng)較激烈導(dǎo)致。

（2）加載過程聲發(fā)射信號(hào)持續(xù)時(shí)間特性

圖3

從上圖可以看出三個(gè)通道聲發(fā)射信號(hào)在350s左右和500s左右持續(xù)時(shí)間較長，3、4通道較1通道持續(xù)時(shí)間幅值更大，在800s附近有小的凸起，在整個(gè)加載過程持續(xù)時(shí)間分布范圍較廣。

3.2 時(shí)域和頻域分析

導(dǎo)出采集到的聲發(fā)射信號(hào)為Excel格式，每個(gè)通道截取斷裂前幾分鐘的數(shù)據(jù)，把這些數(shù)據(jù)匯總整理后進(jìn)行分析，得到1,3,4通道時(shí)域和頻域圖如圖4所示。

從圖4我們可以看出斷裂時(shí)域信號(hào)有沖擊信號(hào)，頻域大多集中在100K、250K頻帶范圍左右這可能是噪聲也可能是聲發(fā)射信號(hào)，因此我們又對各個(gè)通道剛開始采集一分鐘左右信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，四通道圖如圖5所示。

圖4

圖5

由四通道圖我們可以看出時(shí)域信號(hào)也有沖擊信號(hào)，頻域主要集中在100K和250K左右，其余兩個(gè)通道與其類似，因此可大致判斷100K和250K為噪聲信號(hào)主要來源于試件與夾具的摩擦和機(jī)器噪聲。

4 總結(jié)

由以上分析我們可以得出通過聲發(fā)射對RT軌道機(jī)斷裂過程進(jìn)行分析，由于采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)極其復(fù)雜，噪聲信號(hào)過大，單純的參數(shù)和時(shí)域頻域分析不能分析出具體的信號(hào)特征，下一步我們應(yīng)該尋找好的信號(hào)處理方法及算法。

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