基于SWT和NMF的管道泄漏声发射信号特征提取与判别

针对管道泄漏声发射信号存在的非平稳性以及易受噪声干扰、特征不易提取的问题,提出基于SWT和NMF的管道泄漏声发射信号特征提取与判别方法,该方法首先利用同步压缩小波变换的方法提取管道流体泄漏声发射信号特征空间;其次,采用非负矩阵分解(NMF)对信号特征空间进行精简和优化,提炼出用于管道泄漏诊断和模式识别的特征向量;最后,采用支持向量机(SVM)对提取的特征向量进行模式识别和分类。实测结果表明,所提出的方法具有较高的分类准确率。     

岩石剪切破裂过程中裂纹扩展的声发射特征研究

声发射技术可以用来实时监测岩石内部的裂纹扩展活动。裂纹扩展过程中所产生的应力波被声发射探头捕捉到之后,会产生具有不同特征的声发射信号。研究了直角剪切试验过程中不同种类岩石的声发射信号特征,得到结论:岩石破裂过程中声发射信号的累计能量与岩石破裂所需能量呈正相关性,可以用声发射累计能量来衡量岩石的破裂能量大小;可以用声发射信号的频率和持续时间来划分声发射信号,不同类型的声发射信号对应不同级别的裂纹扩展活动。     

北山花岗岩张拉力学性质及声发射特征研究

以我国高放射性废物处置库甘肃北山预选区为工程背景,通过巴西劈裂试验、直接拉伸试验以及三轴压缩试验研究北山花岗岩的基本力学性质,试验过程中监测声发射数据,基于声发射特征开展了巴西劈裂试件内部的破裂形式及其演化过程研究。研究表明:(1)直接拉伸试件的强度约为巴西劈裂试件强度的1.23倍,巴西劈裂试件呈现明显的脆性破坏,而直接拉伸试件呈现一定的塑性破坏特征;(2)巴西劈裂试件的声发射事件数在应力达到峰值应力的70%之前增加比较剧烈,直接拉伸试件的声发射事件数在峰值附近增加比较剧烈;(3)三轴压缩试验声发射事件的频率主要分布在0～80 k Hz范围内,直接拉伸试验和巴西劈裂试验的声发射事件频率主要集中在0～160 kHz;(4)巴西劈裂试件张拉裂纹的数量约为剪切裂纹数量的20.6倍,且张拉裂纹由试件中心向端部扩展,并最终形成贯通的破裂面。     

岩石声发射源机理的激振模型研究

将岩石裂纹产生时的声发射源简化为振弦的振动，推导出振动方程并求解，得到声发射频率与裂纹长度、声发射振幅与裂纹宽度之间的关系，与实验结果相符。结论作为预警岩体破坏的准则有重要参考价值。     

单轴压缩下煤岩损伤演化及声发射特性研究

声发射是研究煤岩损伤演化的重要手段,通过开展煤岩单轴压缩声发射试验,分析了其微观裂纹演化规律,结果表明：(1)煤岩损伤演化前期为压剪破坏,后期为竖向和剪切组合破坏;当声发射参数RA（上升时间/振幅）与AF（平均频率）比例为1:70时,煤岩剪切裂纹占比大于拉伸裂纹,两者相差6.4%。(2)通过RFPA数值模拟,煤岩破坏前期主要为压剪破坏,后期拉伸破坏线性增长,压剪破坏线性减小,最终压剪破坏累计声发射事件数大于拉伸破坏,两者相差6.1%。(3)对比室内试验与数值模拟,验证了模拟结果的可靠性,为煤岩稳定性监测预警提供一定参考。     

岩石声发射源机理的激振模型研究

半岩石裂纹产生时的声发射源筒经为振弦的振动，推导出振动方程并求解，得到了声发射频率与裂纹长度，声发射振幅与裂纹宽度之间的关系，与实验结果相符合，结论作为预警岩体破坏的准则有重要参考价值。     

煤岩卸荷破坏声学特性及变形破坏机理

我国很多工程建设逐渐向深部扩展,深部岩体复杂的结构和高应力等诸多因素对于工程安全提出了严峻的考验.本文以深部煤岩为研究对象,分别进行了单轴、三轴和三轴卸荷等试验下的声发射研究,得到以下结论:(1)单轴压缩下,声发射参数表现为前期平稳,塑性阶段后跳跃式发展.(2)三轴压缩下,试样整体更加稳定,声发射能量参数值先增后减再增,围压越大,试样出现相同破坏所需能量越大.(3)三轴卸荷与三轴压缩在卸荷之前声发射规律一致,卸荷后试样破坏加剧,声发射参数值增加.(4)分形维值D能很好地反应煤岩内部裂纹演变的规律.     

基于模糊信息粒化与马尔科夫修正的瓦斯浓度预测

基于模糊信息粒化对原始数据进行处理,利用支持向量机(SVM)以及差分进化算法(DE)建立预测模型,根据马尔科夫链进行残差修正,预测瓦斯浓度变化趋势。通过实验表明,该方法相较于直接对粒化数据进行SVM预测有了较大的效果提升,此外,对原始数据进行了FIG处理,实现了降维,算法运行时间得到减少,算法效率得到提升。     

矿柱破裂过程中的声发射活动时空演化特征研究

矿柱及其稳定性一直是采场稳定性研究的核心,通过应用花岗岩样人工制作三组矿柱物理模型,应用声发射仪器监测矿柱破裂过程及其声发射活动时空演化特性。结果表明:在加载的初始阶段,声发射定位事件在矿柱内部比较零乱;随着荷载的增加,在矿柱内部破裂面的声发射事件逐渐聚集、成核、剪切宏观裂纹。在整个加载过程中,声发射撞击数在弹性变形后期及即将产生塑性破坏时达到两个峰值点,在弹性变形后期产生的声发射撞击数峰值点振幅多在50 dB,在矿柱承载达到其峰值应力的90%时,声发射撞击数达到最大峰值,此后声发射撞击数逐渐减少,但大幅值(80～100 dB)声发射撞击数不断增加,宏观裂纹逐渐贯通,即将产生破坏,该实验结果对实验室预测岩石试件的破坏具有一定的指导意义。     

基于海量煤炭采集文本数据的可扩展SVM算法的研究与应用

文本分类是指在给定的分类系统下,根据文本的内容或属性,将大量文本归到一个或多个类别的过程。随着煤炭产业的高速发展,煤炭数据库中保存了大量煤炭采集文本数据,针对如此大规模的文本信息,传统的SVM算法不能很好地对大规模海量煤炭文本数据进行有效的处理。文中基于现有流行的Hadoop分布式计算平台,提出了分布式SVM文本分类算法。通过实验表明,文中提出的算法能够明显减小文本分类时间,并且具有很好的可扩展性。     

基于GAPSO-SVM的煤层底板破坏程度预测

为了对煤层底板破坏程度进行正确预测,分析遗传算法(GA)和粒子群优化(PSO)算法存在优化支持向量机(SVM)易陷入局部最优解和分类精度相对较低的问题,提出了GAPSOSVM优化算法。综合考虑GA和PSO算法的优点对SVM的参数进行了优化,优化后的算法能够较好地调整算法的全局与局部搜索能力之间的平衡。通过对曹庄煤矿底板破坏程度的预测表明,该方法不仅能够取得良好的分类效果,分类精度高于GA-SVM和PSO-SVM,而且有较好的鲁棒性。     

不同配比类岩石材料力学特性及声发射特性

为了模拟矿物颗粒大小组成对声发射的影响,采用两种粒径的石英砂(0.1~0.2 mm,0.63~1 mm),按不同配比(0.5∶1,1∶1,1∶0.5)混制成3组类岩石材料试件,并对试件进行了单轴压缩声发射试验。试验结果表明:3组不同配比试件的变形特征与天然岩石材料的比较一致,其变形破坏过程都经历了4个阶段,即:初始压密、弹性变形、塑性变形、裂纹加速扩展至试件破坏;随着细颗粒比例的增大,试件的单轴抗压强度逐渐增大。通过分析3组同配比试件的声发射试验参数,得到声发射事件率-时间与应力的关系,累计声发射事件率与时间、应力的关系,结果表明,类岩石材料的声发射特性与天然岩石材料的声发射特性比较相似。     

基于不同气化通道类型的地下气化煤体破裂监测及扩展规律

在煤炭地下气化过程中，高温产生的热应力会导致煤体不断破裂，可能会导致气体泄漏，因此煤体破裂的实时监测与规律研究对煤炭地下气化系统长期稳定运行具有重要意义。为此，采用声发射(AE)监测手段对不同气化通道类型的模型实验(带底部交叉孔的垂直同轴气化通道、垂直同轴气化通道、V形连接孔气化通道)中的煤体破裂活动进行了监测，并基于监测结果研究了不同操作参数(气化剂组分和流量)以及气化通道类型对煤体破坏活动及气化区扩展的影响，然后采用矩张量分析构建的裂纹分布模型定量分析了气化过程中声发射源处的裂纹类型以及裂纹方向，从而研究煤在气化过程中的损伤和破坏规律。研究结果表明：气化炉整体温度变化与声发射事件有非常强的相关性，在0～750℃内增加会导致声发射事件增多；实验中定位的声发射源可以较为准确的表示煤体破裂位置，通过对声发射源整体分布的监测可以预测气化区的扩展范围，垂直同轴孔模型气化区主要向两侧扩展，而V形连接孔模型的气化区则主要沿气流流动方向扩展；较高的氧体积分数以及气体流量在温度小于氧化区临界温度(900℃)时能显著地促进气化区的扩展；基于矩张量分析构建的裂纹分布模型能有效帮助研究煤炭地下气化过程中煤...     

基于VMD与GWO优化SVM的轴承故障诊断

针对传统振动信号特征提取方法与支持向量机(SVM)分类方法的缺陷,提出一种基于变分模态分解(VMD)故障特征提取方法与灰狼优化器(GWO)优化SVM的诊断模型。首先,将滚动轴承的原始振动信号采用VMD得到若干本征模态分量(IMF);其次,将IMF的多尺度加权排列熵作为特征向量并使用t-sne方法做降维处理;最后,使用GWO对SVM进行优化并对样本数据进行分类判别。实验结果表明,该方法相比于其他传统算法能够有效提高故障分类精度。     

基于TWSVM的煤矿井下钻机轴承故障诊断

在轴承的监测数据中,故障数据所占比例很小。在这种不平衡样本集中,如何准确地诊断轴承故障成为了一大难题。为此,提出运用孪生支持向量机(TWSVM)解决该难题。TWSVM可以构造2个不平行的超平面,每个超平面都要尽可能靠近与其对应的一类而远离另一类。TWSVM的超平面只关注其对应类别的样本分布,而不受整个数据集中各类样本数量比例、其他样本分布的影响。运用轴承故障试验对TWSVM进行检验,结果表明:与支持向量机(SVM)相比,TWSVM拥有更高的识别精度和更快的计算速度,能较好地诊断轴承故障。     

单轴压缩及劈裂试验下煤的声发射特征研究

为研究准静态加载下强冲击倾向性煤的抗拉及抗压性能,利用万能试验机系统和声发射监测系统分别对煤样进行单轴压缩试验和巴西劈裂试验,并监测加载过程中的声发射参数,对比分析煤样在2种加载方式(拉、压)下的变形破坏特征、煤样声发射时空演化规律及微观破坏机制。研究表明:拉、压载荷下煤样的变形特征基本一致,但也存在一定差异,压缩下较劈裂下压密阶段历时长且变形大,峰后阶段历时短,破坏剧烈;拉、压载荷下声发射幅值分布基本一致,低幅值(40～60d B)较多,高幅值较少,且比例随着幅值的增大而减小,二者呈幂函数关系,以高幅值声发射信号的出现可将加载过程划分为5个阶段;拉、压载荷下声发射空间定位演化特征基本一致,裂隙压密和裂纹萌生阶段缓慢产生声发射事件,裂纹稳定扩展阶段较快产生声发射事件,非稳定扩展阶段快速产生声发射事件,出现声发射丛聚现象;峰后阶段存在一定差异,压缩下较劈裂下产生速度快;拉、压载荷下煤样微观破坏机制均为以拉伸破坏为主导的拉剪混合破坏,但剪切破坏出现时间不同,压缩下主要发生在裂纹非稳定扩展阶段,而劈裂下则出现在裂纹萌生、裂纹非稳定扩展和峰后破坏阶段。     

基于IGWO-SVM的露天矿边坡变形预测

为了克服露天矿边坡变形预测时传统算法精度低的问题,利用改进灰狼算法(IGWO)和支持向量机(SVM)建立了露天矿边坡变形IGWO?SVM模型.引入非线性递减的收敛因子策略和惯性权重策略改进灰狼优化算法,用来确定SVM参数,以达到提高模型精度的目的,并将露天矿边坡变形观测数据输入模型进行验证.结果表明,与SVM和BP模型...     

预制裂纹花岗岩单轴压缩全过程声发射特征试验研究

为有效提取含有宏观构造岩体失稳破坏的前兆信息,对不同倾角预制裂纹的花岗岩进行了单轴压缩全过程声发射变化特征试验。结果表明:预制裂纹对岩样峰值强度的影响是显著的,随着预制裂纹倾角的增大,花岗岩试样的峰值强度降低。随着预制裂纹倾角的增大,花岗岩变形破裂过程中声发射事件数和声发射震级都增加,出现声发射前兆信息时试样的应力大幅降低,完整试样的应力为峰值应力的88.5%,裂纹倾角30°时为84.5%,裂纹倾角45°时为56.2%,裂纹倾角60°时为46.3%,声发射前兆信号出现的时间也更为提前。花岗岩变形破裂过程中声发射事件主要集中在预制裂纹区域。声发射监测数据能较好地反映岩石的微小破裂情况,因此对含有宏观构造的岩体应加强宏观构造处的监测。     

齿轮裂纹声发射检测模拟实验研究

提出了一种齿轮裂纹声发射检测模拟实验方案,设计了一套齿轮齿牙承载实验装置,构建了声发射检测系统,进行了实验过程中噪声干扰和消噪方法分析。应用小波包技术有效地提取了齿轮裂纹扩展声发射信号特征,并采用软解调技术进行了声发射源的识别。     

含雁行裂纹砂岩静态加载速率效应实验研究

为研究裂隙岩体的静态加载速率效应,以含预制雁行裂纹砂岩为实验对象,测试了不同加载速率下试样的力学性质、破裂模式、能量耗散及声发射响应特征,综合声发射定位和裂纹扩展演化录像,分析了裂纹扩展演化过程及加载速率效应机制。结果表明:(1)裂隙砂岩受载过程存在着明显的静态加载速率效应。随着加载速率的升高,试样峰值强度、峰值应变、起裂应力、峰值处积累的弹性能和声发射计数峰值均逐渐增大但增幅放缓,弹性模量呈现出先增大后减小趋势,累计声发射总计数则逐渐减小。(2)试样新裂纹的起裂萌生均对应着应力的局部下降、耗散能的突升及声发射的高值响应。(3)加载速率较小时,试样沿一条预制裂纹扩展、滑移而形成剪切型破坏;当加载速率较大时,试样最终破坏模式为裂纹岩桥贯通,并由裂纹外端沿与加载方向平行扩展而成的拉破坏。研究结果为深入认识煤岩动力灾害的力学响应机制及揭示其演化过程提供了有益的参考。