為實(shí)現(xiàn)材料早期疲勞損傷程度的評(píng)價(jià),提出以改進(jìn)的Marr子波為核函數(shù)的廣義S變換,結(jié)合時(shí)頻圖的信息量量化的聲發(fā)射信號(hào)處理方法。搭建金屬疲勞損傷在線聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng),采集金屬材料早期結(jié)構(gòu)疲勞損傷下的聲發(fā)射信號(hào),再對(duì)典型的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行廣義S變換處理來(lái)驗(yàn)證該研究中的廣義S變換具有更高的時(shí)頻分辨率,然后對(duì)金屬疲勞過(guò)程中包含高應(yīng)力和低應(yīng)力狀態(tài)下的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行高分辨的時(shí)頻分析,從而得到隨著疲勞周期數(shù)增加的較準(zhǔn)確、清晰的時(shí)頻圖;采用信息熵的量化方法對(duì)具有高分辨的時(shí)頻圖進(jìn)行信息熵的量化。實(shí)驗(yàn)表明,上述信號(hào)處理方法可獲得金屬材料在早期結(jié)構(gòu)疲勞損傷的時(shí)頻信息變化特征,為用于建筑工程、橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件常用鋼材疲勞過(guò)程中的聲發(fā)射檢測(cè)及早期疲勞損傷程度加劇提供參考依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(16)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

不同參數(shù)下的廣義S變換子波波形圖和頻譜圖

從圖2(b)可知,該聲發(fā)射信號(hào)的幅值較大值所在頻率主要集中在f1=177.7 kHz、f2=180.4 kHz和f3=148.3 kHz附近,頻率在177.7 kHz和180.4 kHz的幅值相比于其他頻率要高出許多。從圖2(d)可知,高斯窗函數(shù)下的S變換時(shí)頻圖雖然能準(zhǔn)確顯示時(shí)間方面的信息,但是縱軸顯示頻率的譜帶寬過(guò)寬導(dǎo)致無(wú)法分辨其頻率成分,頻率分辨率很低。從圖2(f)可知,由于受寬帶Marr子波旁瓣的影響,縱軸顯示的頻譜成分根據(jù)圖2(b)可知,其頻率表征出現(xiàn)了偏差,如橢圓虛線框和矩形虛線框標(biāo)記地所示,頻率為177.7 kHz、180.4 kHz和148.3 kHz的不能準(zhǔn)確表征,并且,時(shí)間約為32～40 ms的頻譜信息相比于本文里的廣義S變換表征不完全,用寬帶Marr子波來(lái)表征金屬疲勞的聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻特征并不適合。從圖2(h)可知,本文通過(guò)改進(jìn)的Marr子波,去掉子波旁瓣,只保留了子波主瓣,并且通過(guò)尋找合適控制參量p和m值來(lái)改變子波分辨率及大小,可以得到和金屬疲勞產(chǎn)生地聲發(fā)射信號(hào)波形譜最佳逼近的理論子波,相比于高斯窗函數(shù)下的S變換和寬帶Marr子波下的廣義S變換,有較強(qiáng)的時(shí)頻信息表征結(jié)果。對(duì)一個(gè)循環(huán)周期下的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理,該信號(hào)由于包含了隨著疲勞周期數(shù)增加的晶體內(nèi)部位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下豐富的聲發(fā)射信息,且信號(hào)的持續(xù)時(shí)間相比較于突發(fā)型信號(hào)的要長(zhǎng)很多,所以本文中的廣義S變換對(duì)豐富的信號(hào)分量有著更強(qiáng)的時(shí)、頻域區(qū)分能力,能表征聲發(fā)射信號(hào)隨著疲勞周期數(shù)增加在時(shí)域和頻域的特征變化情況,這為下文中金屬材料早期疲勞損傷程度的量化及評(píng)價(jià)提供了較為準(zhǔn)確的時(shí)頻信息變化依據(jù)。1.2 廣義S變換時(shí)頻圖的信息熵模型

表1 碳素鋼Q235A的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 Chemical composition of Q235A% C Si Mn S P 0.14～0.22 ≤0.30 0.30～0.65 ≤0.50 ≤0.045試驗(yàn)采用的加載設(shè)備為PA-100電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī),因Q235A的屈服強(qiáng)度235 MPa且該試樣的橫截面積為10-4 m2(20 mm×5 mm),故能承受最大、非永久失效的作用力為23.5 kN,為了給試樣施加地作用力小于屈服強(qiáng)度,設(shè)計(jì)循環(huán)應(yīng)力正弦波波動(dòng)疲勞試驗(yàn):中心線為10 kN,應(yīng)力幅σa為8.18 kN,故最大應(yīng)力σmax為18.18 kN、最小應(yīng)力σmin為1.82 kN、應(yīng)力比為0.1;加載頻率為20 Hz,疲勞周期次數(shù)為4萬(wàn)次。聲發(fā)射信號(hào)采集儀器采用的是北京軟島時(shí)代科技公司的DS5-16B聲發(fā)射儀器,因疲勞試驗(yàn)機(jī)夾試樣的下夾頭提供施加地作用力,上夾頭只起固定試樣的作用,為避免機(jī)械震動(dòng)對(duì)信號(hào)采集造成較大的噪聲干擾,因此聲發(fā)射傳感器放置位置(見(jiàn)圖3)(上夾頭附近)。前置放大器增益為40 dB,采樣頻率為2.5 MHz。聲發(fā)射檢測(cè)與疲勞試驗(yàn)裝置系統(tǒng),如圖4所示。試驗(yàn)開(kāi)始前,通過(guò)循環(huán)疲勞測(cè)試發(fā)現(xiàn),Q235A鋼材疲勞產(chǎn)生地聲發(fā)射信號(hào)頻率主要集中在80～400 kHz,所以在采集設(shè)置中設(shè)置硬件模擬帶通濾波器的頻帶寬度為100～400 kHz時(shí),聲發(fā)射儀采集地信號(hào)可以有效濾除機(jī)械噪聲信號(hào)以及包含的聲發(fā)射信息最全面。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬材料疲勞損傷檢測(cè)的非線性聲學(xué)方法[J]. 呂文瀚,吳先梅,陳家熠.  應(yīng)用聲學(xué). 2018(06)
[2]基于聲發(fā)射監(jiān)測(cè)的316LN不銹鋼的疲勞損傷評(píng)價(jià)[J]. 張進(jìn),柴孟瑜,項(xiàng)靖海,段權(quán).  工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[3]橋式起重機(jī)Q345B鋼箱形梁母材疲勞損傷的聲發(fā)射雙譜分析[J]. 楊浩宇,駱紅云,陳國(guó)偉,李福森,賈華龍.  起重運(yùn)輸機(jī)械. 2018(01)
[4]Q345R鋼拉伸損傷過(guò)程聲發(fā)射特征參數(shù)表征及定量評(píng)價(jià)[J]. 彭國(guó)平,張?jiān)跂|,盧超,李秋鋒.  無(wú)損檢測(cè). 2018(01)
[5]基于K熵和關(guān)聯(lián)維數(shù)的金屬疲勞損傷過(guò)程的聲發(fā)射信號(hào)特征分析[J]. 黃振峰,劉永堅(jiān),毛漢穎,王向紅,李欣欣,毛漢領(lǐng).  振動(dòng)與沖擊. 2017(15)
[6]金屬材料聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)的混沌特性分析[J]. 劉婷,毛漢領(lǐng),黃振峰,毛漢穎.  振動(dòng)與沖擊. 2017(12)
[7]基于聲發(fā)射技術(shù)的Q345B疲勞裂紋擴(kuò)展研究[J]. 王振京,胡國(guó)華,喻海榮,朱泉水,陳敏.  南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(04)
[8]Q345R疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程的聲發(fā)射研究[J]. 柴孟瑜,段權(quán),張?jiān)缧?  工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2015(12)
[9]聲發(fā)射技術(shù)在金屬疲勞斷裂研究中的應(yīng)用[J]. 柴孟瑜,段權(quán),張?jiān)缧?  化工機(jī)械. 2015(06)
[10]Q235B鋼板拉伸損傷試驗(yàn)的聲發(fā)射特性[J]. 張一輝,張文斌,許飛云,張延兵,江煜.  振動(dòng)與沖擊. 2015(15)



本文編號(hào)：3610370