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疲劳损伤严重危害国民经济的各个领域,疲劳损伤的无损检测/监测是减少疲劳损伤的有效方法之一。作为一种动态无损检测技术,声发射监测技术在疲劳损伤的实时监测领域具有巨大的应用潜力。
本文的研究工作以声发射技术的实际工程应用为目标,以某型飞机疲劳试验的声发射实时监测为研究平台,讨论了适合实时监测的信号分析方法、传感器的安装固定、声传播通道测试、基础数据测试、本底噪声变化规律以及采集数据预处理等基本问题,并利用特征参数分析方法成功监测出试验过程中出现的半轴疲劳断裂,探讨了半轴疲劳裂纹扩展规律,以及应用声发射源线定位技术存在的问题,提出了改进方法。主要研究工作包括:
1.在综述声发射技术主要应用领域信号分析特点的基础上,选择声发射特征参数分析方法和声发射源线定位技术为适合实际工程实时监测应用的声发射信号处理分析方法;
2.通过试验研究选择了合适的藕和剂,对传感器进行安装固定,总结出正确的传感器安装固定的工艺方法,并指出在实际工程应用过程中,进行传感器安装固定、辅助器材固定应注意的问题;
3.实际测试了进行声发射实时监测需要的基础数据、具体结构的声传播通道、某型钛合金材料损伤的声发射信号幅度特征和波形特征、确定各监测目标的传感器安装位置;
4.介绍了声发射监测的干扰噪声特点和抑制噪声方法,基于疲劳损伤信号源假设,结合模拟裂纹源测试结果和实际测试的试验过程中各监测目标对象的本底噪声,提出了采集数据的预处理原则,提高采集数据的信噪比,减少数据的存储空间,处理后的信息量基本是处理前的1/3,以利于在大量的本底噪声中识别出损伤信息。
5.利用声发射特征参数分析方法成功地监测出半轴的疲劳损伤,并利用特征参数的幅度分布分析,获得半轴损伤源信号随裂纹扩展的幅度分布特点,利用波形分析,确定疲劳裂纹扩展的准确时间、推论出两处对称扩展的疲劳裂纹源,以及能比较准确表征疲劳裂纹扩展规律的声发射特征参数;
6.介绍了声发射源定位技术的基本应用,提出识别疲劳损伤信号和噪声信号的谐和分析方法,指出谐和分析方法在实际应用中存在的不足,并提出适应于实际工程监测的声发射源线定位技术的趋势分析方法,进行了实际应用,但还没有损伤案例。
声发射监测在金属压力容器等静态设备方面的应用,已经取得了很大的成功,但对于高背景噪声环境下的、多目标对象的动态设备的实时监测,却鲜见实际应用的报道。因此,本论文的研究工作,特别是半轴疲劳断裂的成功监测,对于应用声发射技术监测高背景噪声下,动态设备的疲劳损伤,提供一定的指导作用。