Q235B钢板拉伸损伤试验的声发射特性

制作完整和焊接两种Q235B板材试样,利用声发射技术对其拉伸过程的损伤特性进行监测,根据获得的拉伸过程载荷时间历程曲线和材料损伤声发射信号,结合金属材料力学行为特性,对材料损伤声发射信号的幅度、振铃计数以及能量等参数进行分析,获得了材料塑性屈服、强化变形以及断裂等损伤阶段所表现出的声发射特性,通过对声发射信号撞击幅度和能量的统计分析,初步得到了不同损伤阶段所对应的声发射参数分布范围。对比分析完整和焊接两种试样损伤所表现出的不同声发射特性,结果表明声发射特性参数能够很好地描述焊接对材料力学特性的影响,并能以声发射参数"双峰"分布的形式从微观上反映焊接对试样屈服所造成的影响。实验结果为声发射技术应用于起重机结构状态监测提供了参考数据。     

316LN不锈钢焊接接头的晶间腐蚀

研究了热输入量不同的316LN不锈钢焊接接头在沸腾硝酸溶液中的晶间腐蚀特性,结果表明:焊接热输入量越大,焊接接头的抗晶间腐蚀性能越差;焊接接头焊缝区抗晶间腐蚀能力高于热影响区和母材区;晶间腐蚀过程可分为氧化、钝化、氧化膜裂纹萌生、氧化膜裂纹扩展和高速晶间腐蚀等阶段;在不同阶段声发射信号中氧化信号在20 k Hz的频率位置有能量峰,钝化信号在40 k Hz频率处有明显能量峰的突发型信号,氧化膜裂纹萌生信号在80-100 k Hz的频率段内有明显能量峰的突发型信号,氧化膜裂纹扩展信号具有60 k Hz倍频关系,高速晶间腐蚀信号是一种持续时间稍长的突发型信号,在50 k Hz处有明显的能量峰。     

冲击荷载下岩石声发射信号能量特征的小波包分析

根据冲击荷载作用下岩石声发射信号具有非平稳的特点,利用小波包分析技术对冲击荷载作用下岩石声发射信号的能量分布特征进行研究。首先,简略地介绍了小波包分析的特点。其次,基于MATLAB对岩石声发射信号进行小波包分析,得到了冲击荷载作用下岩石声发射信号在不同频带上的能量分布图。最后,总结了冲击荷载作用下岩石声发射信号频带能量的分布规律,重点讨论了冲击荷载作用下不同岩石对声发射信号频带能量分布的影响。分析结果发现岩石的物理力学性质影响冲击荷载作用下岩石声发射信号频带能量的分布规律,即岩石密度越小、纵波波速越小、弹性模量越小,冲击荷载作用下岩石声发射信号的优势频率就越集中,且优势频率有往低频发展的趋势;单轴压缩强度和抗拉强度对冲击荷载作用下岩石声发射信号能量在优势频率内分布的影响不明显。     

液态CO2相变破岩振动信号能量分布特征

针对液态CO_2相变破岩,设计振动信号监测试验,基于小波包变换分析振动信号能量分布规律。结果表明:液态CO2相变破岩振动信号主振频带与振动信号方向及传播距离相关性较小,基本位于0~4 Hz子频带,但主振频率对应能量分布百分比随着传播距离增加逐渐降低。随传播距离的增加,垂向振动信号高频段能量百分比逐渐增加,低频段能量百分比逐渐降低,且在中高频附近出现与主振频带对应能量百分比逐渐接近的"子中心"频带。同一测点不同方向频率能量分布百分比在0~100 Hz频带存在一定差异,但在其他频域内基本一致。     

带不同深度缺陷Q235B板材拉伸过程声发射特征

通过对带有不同深度缺陷的Q235B板材的拉伸试验,利用声发射监测材料拉伸过程,获得材料拉伸过程中声发射信号,结合载荷时间曲线对声发射能量、撞击数、幅值等参数进行分析,研究各阶段声发射信号变化,以及不同深度缺陷声发射信号变化趋势。结果表明:声发射信号能够较好地反映损伤过程,屈服阶段声发射信号主要集中在下屈服点附近,随着缺陷的深度增加,下屈服点附近撞击数峰值有所下降;超过70 d B的幅值信号随缺陷深度增加而增多,其数量占总幅值数量的比例也随之增加;持续时间超过500μs的幅值信号分为A、B两类。试验结果对起重机械声发射监测的损伤判定提供依据。     

不同应变率下岩石冲击破坏的声发射特性研究

为了研究在动载荷下岩石破裂的声发射特性,采用霍普金森(SHPB)实验系统对三种岩石进行不同应变率下的冲击载荷破坏实验,同步采集破坏过程的声发射参数,从应力—应变、幅值分布、振铃计数变化以及峰值频率分布等方面进行了分析与研究。实验结果表明:力学特性方面,随着应变率增大,三种岩石的动态强度随之增大,极限应变也随之增大,且岩石试样的破碎程度随之增大,表现为碎块的尺寸减小、块数增加、碎屑增多。在声发射特性方面,三种岩石的峰值频率主要在550 k Hz以下,且随着应变率的增加,三种岩石的振铃计数都随之增大,低幅值信号比例增加,峰值频率在100 k Hz以下的低频信号随之减少,100~200k Hz以及400~550 k Hz的中高频信号随之增多,说明峰值频率有向中高频移动的趋势。     

受载混凝土破坏全过程声发射信号频带能量特征

为寻找更有效的混凝土工程破坏前兆判据,开展混凝土单轴加载破坏全过程声发射试验。通过SAEU2S型数字声发射采集系统直接采集破坏全过程声发射信号波形,分别用FFT变换及小波包变换对不同破坏阶段声发射信号分析处理,发现不同破坏阶段声发射信号频率分布、频带能量变化规律,并从声发射信号频率变迁与裂纹扩展关系角度阐释混凝土破坏机理。采用小波包变换频带能量计算方法在Matlab中计算并绘制不同破坏阶段声发射信号频带能量分布直方图,重点分析0~26 kHz低频带能量占比及随加载时间变化规律,提出低频能量占比达某门限值即为破坏临界点的重要判据指标。此规律可作为混凝土工程稳定性监测预警前兆判据,对评估混凝土内部损伤具有理论指导意义。     

含裂纹钢试样在拉伸过程中的声发射特性

对于带有I型裂纹的SM490A钢和SUS304钢试样,通过测量其在拉伸断裂过程中的声发射特征参数及裂纹尖端特定点的温度,分析了裂纹尖端和塑性变形区域的力学特征。结果表明:声发射能量计数、振铃累积计数在裂纹扩展的各个阶段都有着明显的曲线特征,且曲线特征和屈服、强化阶段的应力-应变曲线基本吻合,因此可以用声发射能量计数、振铃累积计数来描述屈服、强化阶段的塑性变形情况;塑性变形率决定了变形至断裂过程中试样的温度变化;对于带有Ⅰ型裂纹的SM490A钢和SUS304钢,其声发射信号主要集中在塑性变形阶段和裂纹扩展阶段。     

爆破参量对爆破振动信号能量分布特征影响的研究

为从能量分布角度研究爆破振动信号以控制爆破地震危害,利用小波包技术对比分析了单段和多段微差爆破、单段有无临空面等不同爆破条件下监测到的爆破振动信号各频带上的能量分布特性,研究结果表明:爆破振动信号能量集中分布在200 Hz以下的主振频带附近,主振频带又可分为几个子振带;爆破振动信号中高频(90～125 Hz)成分的衰减快于低频(0～75 Hz)成分;单段爆破条件下振动信号在低频带上的能量分布要高于多段微差爆破时振动信号在该频带上的能量分布;当炮孔有临空面时,炸药爆炸后穿过岩石粉碎区并以地震波形式传播的能量会减小;单段爆破时,药量的增加会导致振动信号总能量的明显增加,但对于各频带能量分布规律的影响并不明显。     

带有槽缺陷游乐设施用Q235圆管构件弯曲破坏声发射特性

为研究带有槽缺陷游乐设施用Q235圆管构件破坏时声发射特性,利用声发射技术监测其三点弯曲破坏过程。通过对载荷时间曲线与声发射相对能量、幅度、振铃计数特征参数历程图的综合分析,可将其破坏过程划分为3个阶段。该过程声发射信号幅值主要集中在40～70 dB之间,且随缺陷长度增加,超过70 dB信号振铃计数明显增多,典型阶段特征参数峰值增大。相对能量—持续时间历程图中高持续时间、低能量信号来自于加载过程中的噪声干扰。声发射特征参数将缺陷微小变化对构件整体性能的影响量化,历程图变化与力学行为一一对应,建立声发射特征信号与弯曲力学性能和缺陷长度的联系,为声发射监测游乐设施损伤的判定提供依据。     

Applications of Wigner high order spectra in feature extraction of acoustic emission signals

Wigner high-order spectra has the excellent characters of WVD and high-order spectra at the same time, which help itself to be suitable for attributing time-frequency features of non-stationary and time-varying signals. The characteristics of typical AE signals initiated by mechanical component damages are analyzed. Based on the extracting principle of AE signals from damaged components, the paper introduces Wigner high-order spectra to the field of feature extraction and fault diagnosis of AE signals. Some main performances of Wigner binary spectra, Wigner triple spectra and WVD are discussed, including of time-frequency resolution, energy accumulation, reduction of crossing items and noise elimination. Wigner triple spectra is employed to the fault diagnosis of rolling bearings with AE techniques. The fault features reading from experimental data analysis are clear, accurate and intuitionistic. The validity and accuracy of Wigner high-order spectra methods proposed agree quite well with simulation results. Simulation and research results indicate that wigner high-order spectra is quite useful for condition monitoring and fault diagnosis in conjunction with AE technique, and has very important research and application values in feature extraction and faults diagnosis based on AE signals due to mechanical component damages.     

An improved computation of the pseudo Wigner‐Ville distribution and its applications

Abstract

The Wigner‐Ville distribution (WVD), generally calculated by the fast Fourier transform (FFT), is a useful tool for time‐frequency signal analysis. However, for nonstationary multicomponent signals, the inherent bilinear structure of the WVD causes undesirable interfering cross terms, and becomes troublesome to many applications. The FFT requires complex arithmetic computations, but the fast Hartley transform (FHT) only requires real arithmetic computations. Therefore, the FHT performs much faster than the FFT. An improved WVD computation using the FHT and running windowed exponential distribution is proposed in this paper. The cross‐terms of nonstationary multicomponent signals can be completely eliminated, and the result is favorable for pattern recognition and signal classification. The derived algorithm is also applied to building up a real‐time processing scheme for conducting experiments in an anechoic chamber.     

碎片云撞击声发射信号能量特征小波包分析

利用小波包分析技术对碎片云撞击载荷作用下铝合金板声发射信号的能量分布特征进行了研究。首先,介绍了碎片云撞击信号的获取方案及撞击引起的损伤情况;其次,对获取的声发射信号进行小波包分析,得到了信号在频率带上能量分布特征图。最后,讨论了碎片云撞击损伤特征与声发射信号能量分布的关系。分析结果发现,对于相同质量的弹丸,随着其破碎程度的提高,形成的碎片云对后板的损伤程度减少;弹丸具有的初始速度越大,弹丸破碎越完全,碎片云撞击声发射信号中的能量越小;当弹丸破碎程度低时,碎片云撞击引起的声发射信号能量集中在约488kHz以下;弹丸破碎程度越高,信号中488kHz以上的能量所占总能量的比例越大。     

海洋硫酸盐还原菌对Q235钢腐蚀行为的影响

采用失重法、开路电位、电化学阻抗谱(EIS)、极化曲线等方法,通过在海洋环境中浸泡不同时间对比分析有无硫酸盐还原菌(SRB)条件下Q235钢的腐蚀电化学特征,研究SRB对Q235钢的腐蚀行为的影响。结果表明,在含SRB的海水中,随着浸泡时间延长,Q235钢的腐蚀电流密度先从7.49mA·cm~(-2)增加至9.77mA·cm~(-2),然后逐渐减小至5.01mA·cm~(-2),最终增加至12.6mA·cm~(-2),且始终小于相同时间下无SRB海水中的腐蚀电流密度,表明SRB的存在抑制了Q235的腐蚀。在含SRB的海水中,Q235钢的腐蚀行为主要由Cl~-和生物膜共同影响。在SRB稳定生长阶段,腐蚀以生物膜抑制为主;在SRB指数生长阶段和衰亡阶段,生物膜抑制作用较弱,以Cl~-促进金属腐蚀为主。     

HARDOX 500/Q235B耐磨复合材料爆炸焊接试验研究

采用以Q235B为复层、以线状结合界面为微观判据设计爆炸焊接工艺,实现了HARDOX 500/Q235B耐磨复合材料的良好结合,结合性能和应用性能测试结果满足设计要求;金相观测结果表明,绝热剪切带是HARDOX 500复合材料产生宏观脆裂的内在原因。     

Research on explosive welding of aluminum alloy to steel with dovetail grooves

In order to explore a new method for the explosive welding of aluminum alloy to steel, a 5083 aluminum alloy plate and a Q345 steel plate with dovetail grooves were respectively employed as the flyer and base plates. The parameters adopted in the explosive welding experiment were close to the lower limit of weldable window of 5083 aluminum alloy to Q345 steel. The bonding properties of 5083/Q345 clad plate were studied through mechanical performance tests and microstructure observations. The results showed that the aluminum alloy and steel plates were welded under the actions of metallurgical bonding and meshing of dovetail grooves. The tensile shear strength of 5083/Q345 clad plate met the requirements of the bonding strength of Al/Fe clad plate. The interfaces between aluminum alloy and the upper and lower surfaces of dovetail grooves were mainly welded through direct bonding, and discontinuous molten zone emerged in the local region; while the interface between aluminum alloy and the inclined surface of dovetail grooves was bonded by continuous molten layer. The brittle intermetallic compounds FeAl₂ and Al₅Fe₂ were generated at the bonding interfaces of 5083/Q345 clad plate. The fracture surface of the tensile specimen exhibited ductile and quasi-cleavage fractures.     

强动载荷下焊接钢板力学性能及本构模型研究

为研究强动载荷下船用焊接钢板的力学性能。开展了典型船用焊接钢板母材、焊缝和热影响区的准静态拉伸试验、高温拉伸试验及SHPB动态压缩试验,分析了焊接钢板材料在不同应力状态下的力学行为,基于力学性能试验结果拟合了焊接钢板母材、焊缝和热影响区材料的本构模型。结果表明:准静态条件下,与母材相比,焊缝和热影响区材料的屈服强度与抗拉强度偏大,延伸率偏小;高应变率下,热影响区材料抵抗塑性变形的能力明显强于其他两种材料,且随着应变率的增加抵抗塑性变形的能力呈增强趋势;焊接板母材、焊缝与热影响区材料均表现出应变率效应和温度效应;热影响区是焊接板抗冲击性能相对薄弱的区域。建立的Johnson-Cook模型可以描述强动载荷下焊接钢板的力学性能。     

Q235B钢板冷弯裂纹成因分析

某厚度为8mm的Q235B钢板在冷弯塑性变形超过90°后,反向弯曲调整角度时,在弯角处出现由内侧向外侧扩展的裂纹,为分析裂纹成因,对开裂钢板进行了断口分析、力学性能测试、金相检验、显微硬度测试以及电子背散射衍射分析。结果表明:由于Q235B钢板基体中含有超视场尺寸的长条状和链状夹杂物,钢板冲击韧度偏低,钢板正弯后在弯角处存在一定程度的加工硬化和弯角内侧形成的晶体结构变化,使得钢板处于反弯韧性和塑性力学性能劣化的状态,从而导致钢板在反向弯曲调整时在弯角内侧以脆性解理方式开裂。     

镀锌钢板与6061铝合金搭接搅拌摩擦钎焊

目的 分析Q235镀锌钢与6061铝合金搅拌摩擦钎焊接头在不同旋转速度下的组织性能。方法 使用0.3 mm的Zn作为中间层,通过搅拌摩擦钎焊,焊接6061铝合金与Q235镀锌钢,观察测试其接头组织和力学性能。结果 转速从660 r/min增加到1750 r/min时,随着进入到6061铝合金近缝区Zn元素的增加,铝合金搅拌区孔洞变小。界面Zn过渡层变薄。在适中的转速下,界面结合良好。接头最大平均拉剪力先增加后降低,界面显微硬度升高,硬度梯度增加。结论 搅拌头在1320 r/min转速下,测得搅拌摩擦钎焊接头平均拉剪力为2.33 kN。