用声发射预测静疲劳下陶瓷材料的断裂

运用声发射检测技术，检测出受静载荷作用的陶瓷材料内部形成微裂纹和亚临界裂纹扩展的声发射信号，研究了裂纹形成、扩展时所激发的声发射计数率ｄＮ／ｄｔ与静载荷作用时间ｔ的关系。实验发现试样在断裂前２２～３０ｓ所检测到的亚临界裂纹扩展的声发射信号具有明显不同的变化规律，试样所受的静载荷越小，初次检测到亚临界裂纹扩展的声发射信号离发生断裂的时间越长。     

陶瓷材料断裂过程的声发射研究

本文用声发射方法研究了陶瓷材料的断裂过程,得到了几种典型的声发射谱。把断裂过程的声发射和其断裂形貌结合起来研究,陶瓷材料的断裂过程可以分为三个阶段:弹性应变阶段;断裂源的形成和裂纹稳态扩展阶段;裂纹的失稳扩展至断裂阶段。陶瓷材料不同的断裂历程对应着不同的声发射谱。     

复合材料Ⅱ型分层损伤演化声发射监测

通过风电叶片复合材料Ⅱ型分层扩展力学性能实验,并借助声发射技术手段,研究复合材料[0/0]、[0/45]和[+45/-45]层间界面损伤演化特性。复合材料试件弯曲加载时,采用声发射实时监测整个分层损伤过程。结果表明,[0/0]复合材料分层试件裂纹扩展快、分层面积大、前沿平齐,不稳定扩展对应较多高幅值、长持续时间的声发射信号;受±45°方向纤维作用,[0/45]和[+45/-45]复合材料试件不稳定分层扩展前声发射撞击累积数较高,裂纹扩展相对缓慢,分层面积小,前沿不齐。复合材料分层损伤演化可分为预分层裂纹尖端区域微损伤累积和分层不稳定扩展两个基本的过程。     

碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤及声发射特征分析

针对碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤问题,基于声发射技术分析不同损伤阶段的声发射信号特征。根据加载过程中时间–载荷曲线以及试样破坏断面微观形貌,将损伤过程分为三个阶段:初始损伤阶段主要产生少量基体开裂与纤维–基体界面脱粘,裂纹迅速扩展阶段开始产生纤维剪断以及失稳变形,平稳损伤阶段主要产生失稳变形以及分层裂纹扩展。结合声发射信号的振幅、振铃计数研究损伤过程,并基于小波变换进行损伤信号的时频分析,发现不同损伤类型可通过声发射振幅及频率特征有效识别。     

15CrMoR试件焊接冷裂纹延迟特性的声发射实验研究

采用声发射技术对不同焊接工艺的15Cr MoR小铁研试件进行焊后声发射监测实验,通过对比分析有无冷裂纹产生时的声发射信号,获得了焊接冷裂纹产生和扩展过程的声发射特性,并结合焊接冷裂纹断口样貌图和热影响区金相组织,验证了冷裂纹的产生是淬硬组织、扩散氢和拘束应力共同作用的结果。     

基于声发射的大理岩破坏模式研究

不同围压条件下大理岩破坏模式不同,这种破坏模式的差异可以通过压缩试验过程中的声发射特性进行研究。利用超声波波速选取离散型较小的大理岩试件开展三轴压缩试验,结合声发射试验对不同围压下大理岩的声发射特性进行研究。结合声发射特征和应力-应变曲线对三轴加载过程中大理岩破坏模式进行了分析。研究结果表明,随着围压的升高,应力-应变曲线的脆性跌落程度逐渐降低,扩容起点对应的体积应变和轴向应变均逐渐增大。声发射在大理岩体积扩容前计数较小,能量很低,在体积扩容后声发射累计能量和累计计数急剧升高,裂纹不断发展,最终导致试件破坏。随着围压的升高,最大声发射幅值、累计能量、累计计数均逐渐降低,试件的脆性减弱,破坏模式向延性转变。     

304控氮不锈钢应力腐蚀过程中声发射信号聚类分析

研究了304控氮不锈钢试样在酸性氯化钠溶液中慢应变速率拉伸过程的声发射特征.采用基于自组织映射神经网络和K-均值聚类算法对长时间慢拉伸实验的声发射信号进行聚类分析,通过分析各类信号的持续时间、上升时间、振铃、能量、幅值、波形、频带能量等特征,从中找出了裂纹信号.将分类后的信号作为样本训练神经网络,对短时间慢拉伸实验检测...     

热应力下陶瓷材料中裂纹扩展的声发射研究

用声发射技术监测了刚玉－莫来石质陶瓷材料在缓慢加热、冷却和骤冷时微裂纹的形成、扩展过程，发现其在冷却过程中声发射计数率的峰值约为加热过程的４００倍。材料在热应力下微裂纹的形成、生长主要发生在冷却过程中。当晶粒尺寸减小时，材料的微裂纹扩展、蔓延逐渐被抑制在较小的范围内。骤冷时，由热应力引起的微裂纹稳态扩展和失稳扩展的声发射特性与材料残余强度的变化趋势是一致的。     

用声发射监测热应力下陶瓷材料中裂纹的扩展

本文将声发射技术应用于陶瓷材料研究领域,通过由传感器、前置放大器、滤波器、主放大器、信号形成器、信号处理器组成的声发射检测系统,精确地测定了陶瓷材料在热应力作用下裂纹生长、扩展的动态过程;发现陶瓷材料在冷却过程中声发射计数率的峰值约为加热过程的400倍;陶瓷材料在热应力下微裂纹的形成、生长主要发生在冷却过程中。     

热-力耦合作用下混凝土劣化特性及其损伤本构模型的研究

为研究热-力耦合作用下混凝土损伤特性,对预设30％极限应力的混凝土进行实时升温至800℃,而后进行单轴压缩试验,并利用AE21C声发射检测仪进行全程监测.研究发现:400℃后C-S-H凝胶的高温脱水和Ca(OH)2的分解对于混凝土在热-力耦合作用下升温过程中性能劣化影响较大;在750℃后混凝土自身劣化严重导致热应变下降.通过对比掺入聚甲醛纤维、钢纤维及聚甲醛纤维与钢纤维混杂的混凝土热应变,发现掺入纤维以后可以有效的降低混凝土因温度产生的热膨胀应变.其中,聚甲醛纤维与钢纤维混杂混凝土热应变最小.同时利用声发射参数对试验加载段混凝土的损伤程度进行表征,建立了与试验结果较为吻合的损伤本构模型.     

片状模塑料的断裂行为 Ⅰ、承受拉伸载荷

近来,声发射已成为研究复合材料断裂过程的有用工具。本文报导采用声发射监测片状模塑料(SMC)在拉伸载荷下的断裂行为的研究。按照该研究的结果,讨论SMC的应力/应变曲线与其性能之间的关系并发现由于采用破坏变形大的基体而使SMC在该曲线拐点之后,其裂纹的形成有所减弱。本文也介绍了两个有关拉伸性能的经验公式。     

风电叶片复合材料在三点弯曲过程中的声发射研究

为研究风电叶片复合材料损伤破坏的声发射特性以及复合材料的力学性能,对含有纤维预断试件和无纤维预断的完好试件分别进行了三点弯曲力学性能试验,并在加载过程中采用声发射检测仪实时监测整个损伤破坏过程。对采集到的声发射信号处理分析,便可获得风电叶片复合材料的弯曲力学性能和损伤破坏的声发射特性。试验结果表明:玻璃纤维复合材料在弯曲载荷作用下出现典型的破坏特征包括纤维断裂、纤维/基体脱胶和纤维分层。纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度达到2.5 V,频带分布在20~300 k Hz范围;无纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度为0.07 V,频带分布在10~180 k Hz之间。     

单向0°FRP混杂拉伸试件的声发射研究

用不同的碳纤维含量(0.3、0.5、0.7)不同的混杂方式(层内、层间混杂方式)的6组0~0碳/玻璃混杂纤维试件(共18个)进行拉伸试验,并监听整个试件破坏过程中的声发射活动、试验表明:(1) 声发射是监测试件从开始受载到最后破坏整个过程的好方法,可为FRP设计提供用有用的参数:(2) 混杂纤维试件产生的声发射总数及各种不同载荷永平的幅度分布与该试件碳纤维含量关系密切,碳纤维含量越低(玻璃纤维含量高)声发射总数越大,声发射事件的幅度越高;碳纤维含量相同时,混杂方式不同的试件在第一次载荷降低时,层内试件超过40db的AE事件幅度高、数量多,层问试件的AE事件幅度数量少,这种现象随碳纤维含量增大逐渐变得不明显。     

声发射技术在复合材料机身框静力试验中的应用

声发射(AE)技术是一种新型在线、动态无损检测技术,适用于各种材料和结构的损伤识别。为满足复合材料机身框架对接结构在静力试验过程中的在线监测要求,本文采用了声发射(AE)技术对其进行全程监测。通过分析试验过程中采集到的声发射信号和应变响应,文章研究了复合材料机身框架对接结构在静力试验过程中的损伤演化过程。结合应变结果,利用声发射幅值、累积能量等声发射特征参数,文章得出了试验件在静力试验过程中历经的5个不同损伤阶段和相应的损伤类型。     

2维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征

通过单向拉伸和分段式加载-卸载实验,研究了二维编织C/SiC复合材料的宏观力学特性和损伤的变化过程.用扫描电镜对样品进行微观结构分析,并监测了载荷作用下复合材料的声发射行为.结果表明:在拉伸应力低于50MPa时,复合材料的应力-应变为线弹性;随着应力的增加,材料模量减小,非弹性应变变大,复合材料的应力-应变行为表现为非线性直至断裂.复合材料的平均断裂强度和断裂应变分别为23426MPa和0.6%.拉伸破坏损伤表现为:基体开裂,横向纤维束开裂,界面层脱粘,纤维断裂,层间剥离和纤维束断裂.损伤累积后最终导致复合材料交叉编织节点处纤维束逐层断裂和拔出,形成斜口断裂和平口断裂.     

单轴循环加卸载下磷块岩能量演化特征试验研究

为探究磷块岩在受力环境下的能量演化特征,对磷块岩试件开展了单轴循环加卸载试验,通过监测试件表面红外辐射和其内部声发射信号,分析磷块岩试件在受力过程中的能量演化规律,研究结果表明：磷块岩试件临近破坏时弹性应变能聚集速率进一步减缓,耗散能明显增大,而最高红外辐射值及声发射振幅呈急剧上升趋势;磷块岩在受力破坏过程中释放的热-声信号与其所在的应力环境具有良好的同步性,声发射与红外辐射存在同一阶段内波动方向相反、整体变化趋势相同的关系,加载过程中能量的累积-耗散-释放是声发射、红外辐射产生变化的内因。从能量演化的角度分析磷块岩在受力环境下的热-声相关性规律,可以从本质上揭示磷块岩在受力过程中的热-声信号的内在联系,为磷矿山的岩爆预警提供科学依据。     

岩石微观能量演化与宏观力学行为的关联研究

通过三轴应力条件下大尺度岩石破坏声发射试验,得到了三类岩石(花岗岩、砂岩、大理岩)破坏全过程力学特征和声发射特征.试验过程中记录到大量的声发射信息,能够反映岩石试件内部每一个损伤(微裂纹)发生的时间、地点和强度.通过声发射速率过程理论分析,导出声发射累积能量释放的表达式,该表达式反映了岩石破坏过程中的损伤演化状况.此外,对三类岩石的损伤本构行为进行了研究.结果表明,该理论计算模型可以反映岩石类脆性材料的损伤本构行为,进而对其宏观力学行为进行描述.     

轴压与偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数分析

声发射技术可以评估混凝土的损伤演化过程。为合理描述混凝土的受压损伤演化过程,开展了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程的声发射试验,分析了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数的演化规律,进而合理遴选了描述混凝土损伤演化过程的声发射特征参数,揭示了混凝土应力-应变曲线特征点与声发射特征参数特征点之间的对应关系。分析表明:振铃计数、持续时间、幅值、信号强度和平均频率可以较好地表征轴压与偏压状态下混凝土损伤的演化规律;混凝土试件受压破坏过程中声发射特征参数特征点与应力-应变曲线特征点之间具有高度的相关性,其中声发射特征参数特征点中的第一个分界点对应于应力-应变曲线弹性阶段的起点,第二个分界点对应于应力-应变曲线的峰值应力点,信号强度的最大突变点对应于应力-应变曲线的开裂点。     

复合材料波纹褶皱区域损伤变形测量及声发射监测

对含波纹褶皱缺陷的玻璃纤维单向复合材料进行压缩试验,结合声发射(Acoustic Emission,简称"AE")和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")互补技术,研究复合材料波纹褶皱区域的损伤变形与演化规律。在复合材料试件压缩加载的过程中,采集波纹褶皱区域损伤变形场、应变场信息和实时声发射监测信号,分析复合材料压缩力学响应行为与缺陷区域变形场、应变场以及声发射信号特征之间的对应关系。结果表明:波纹褶皱会严重影响复合材料的力学性能,通过分析声发射信号,发现随着波纹褶皱宽高比减小,复合材料的力学性能呈现降低的趋势;当波纹褶皱宽高比一定时,随着波纹褶皱高度不断增加,复合材料的力学性能呈现降低的趋势。通过DIC测得的应变场与位移场信息,发现对于相同的载荷增量,最大应变呈增加趋势,且波纹褶皱宽高比越大应变增幅越大;越趋近于褶皱中部,水平位移越大,加载方向位移与试件失稳破坏位置有关,接近破坏区域的加载方向位移大。损伤区域位移场和应变场清晰地反映了玻璃纤维复合材料的损伤变形特征。     

岩石单轴压缩条件下不同变形阶段声发射特征研究

通过红砂岩单轴压缩声发射试验,基于裂纹扩展规律,将红砂岩变形破坏过程分为不同阶段,研究红砂岩不同变形阶段的声发射事件率特征和主频特征。研究结果表明:在压密阶段,声发射事件率先快速增大,随后逐步减小至接近于0,σcc对应于声发射事件率下降至接近于0的拐点;σcc~σci阶段声发射事件率保持恒定且接近0,σci后声发射事件率上升,σci为声发射事件率由恒定转为增加的拐点。在裂纹稳定扩展和非稳定扩展阶段,随应力的增加低主频声发射增多;峰后破坏阶段,声发射主频带变宽,有较多的高主频和低主频声发射产生。声发射事件率和主频均能反映声发射源的特征,通过声发射事件率和主频变化特征能粗略判断裂纹闭合应力和起裂强度。将声发射事件率和声发射主频进行联合分析,能更加全面地了解声发射源的特征,达到识别声发射源的目的。