疲劳裂纹的声发射信号检测技术

疲劳裂纹的萌生和扩展是机械零件在变载荷作用下的主要失效形式。使用近几年来得到迅速发展的模态声发射技术获取疲劳裂纹的声发射波形,使接收到的声发射信号与声发射源的物理状态相关。在波形分析中采用参数分析法提取波形特征,建立声发射参数和裂纹扩展速度之间的关系。由于综合采用了多种技术进行信号分析,由信号特征得到的结果将更为准确。     

改进声发射信号的桥梁焊缝裂纹识别仿真研究

针对因环境中存在过多噪声,导致桥梁焊缝裂纹识别精准度低的问题,提出基于声发射信号的桥梁焊缝裂纹识别方法。利用传感器提取桥梁周围的实时信号,通过信号在周期序列上的幅值变化,判定噪声信号,采用小波变换算法对噪声信号实施重构变换,建立硬阈值和软阈值函数,约束噪声信号。采用神经元传递函数计算原始信号序列中隐含层神经元的具体特征表现参数,得到信号的特征类间平均值,通过类间参数求得特征量。以带有声发射信号提取技术的传感器作为识别载体,将特征参数输入到识别传感器中,针对不同的桥梁测试点,建立焊缝裂纹识别通道,完成有效识别。实验结果证明,所提方法的识别精准度较高,无论是以持续频率还是持续时间信号作为测试指标,均能实现高效识别。     

基于声发射信号的风机叶片裂纹定位分析

为能够及时有效地监测并识别风机叶片裂纹的位置以及强度,讨论了风机叶片上声发射传感器测点优化布局方案,以及基于无线传感网络的信号采集实现,探讨了声发射信号分析和特征提取方法。在分析现有裂纹定位方法特点的基础上,提出了一种针对声发射信号进行小波分析判别风机叶片裂纹位置及其强度的方法。通过实验数据验证了该方法不仅能够实现裂纹位置及其强度的定位,而且与传统方法相比该方法提高了精确性。     

声发射技术在立柱缸体裂纹监测中的应用研究

针对立柱缸体在做强度试验和型式试验时出现的缸体破裂现象,提出了一种基于声发射技术的立柱缸体裂纹监测方案。该方案采用声发射技术捕捉、分析、处理和显示立柱在受压过程中产生的裂纹弹性波;采用时差定位法获得声发射源位置;采用小波包技术处理声发射信号,以进一步提高了定位精度。测试结果表明,声发射技术用于检测立柱缸体裂纹、焊缝等隐形机理的产生、发展和进行危险性分析是可行的。     

岩石受载破坏过程声电信号时频特征研究

岩石受载破坏过程声电信号时域特征分析大多从声电信号幅值、振铃计数、能量等参数方面定性得出结论,并未直接给出声电信号时域相关性,且声电信号频域特征分析所用参数较单一。针对上述问题,开展了单轴压缩条件下岩石试样受载破坏过程声电信号监测实验,分析了岩石受载破坏不同阶段声电信号时频特征。结果表明:①在压密阶段和弹性阶段,声电信号幅值基本为零;在加速破坏阶段,声电信号幅值逐渐增强,信号数量逐渐增多;在完全破坏阶段,声电信号幅值几乎同增同减,当载荷达到峰值时,声电信号幅值同时达到最大;在受载破坏全程,声发射信号幅值大于电磁辐射信号幅值。②在加速破坏阶段,声电信号显著相关;在完全破坏阶段,声电信号高度相关;在受载破坏全程,声电信号随时间变化趋势基本相同,声电信号在时域上高度相关。③在加速破坏阶段和完全破坏阶段,电磁辐射信号以低频和甚低频信号为主;与电磁辐射信号相比,声发射信号频带更宽、主频幅值更大;声电信号主频集中范围相近但不完全一致;完全破坏阶段声电信号主频幅值大于加速破坏阶段声电信号主频幅值。     

瓦斯喷孔过程声发射响应规律研究

为预防石门揭煤过程中可能诱发的突出危险,基于声发射监测系统,对某矿石门揭煤过程中瓦斯喷孔时的声发射活动进行了测试和分析。分析研究结果表明,声发射强度通常在喷孔发生前2~3h迅速升高,峰值强度可达到无突出危险时的2~3倍,在喷孔发生前又突降至较低水平;喷孔越严重,声发射强度值越高;声发射强度变化的幅度能够反映喷孔严重性,喷孔动力现象越明显,瓦斯体积分数变化越剧烈,煤岩体声发射强度增长率越大且峰值强度越高。该分析研究结果对石门揭煤中突出危险性的监测预报有重要的参考意义。     

受载混凝土内部应变及声发射特征研究

为了研究混凝土试样破裂失稳过程中内部裂隙演化规律,对预埋应变砖的混凝土试样进行单轴压缩实验,研究了混凝土试样内部应变随时间的变化规律,测试并分析了试样受载破裂演化过程中的声发射信号特征,得出结论:在压密阶段,混凝土不同方向的应变量均较小,声发射计数较低;在裂隙稳定扩展阶段,试样内部应变稳定增加,不同方向的局部应变量有明显不同,声发射信号也呈现稳定增长趋势;当混凝土出现局部快速破裂时,会出现应变的突增及声发射信号激增;在临界失稳前,局部变形量快速增加,声发射信号也急剧增加;试样破裂时,各个方向的局部应变量及声发射脉冲数均达到峰值。     

预制裂隙岩石单轴压缩声发射特征研究

为了研究预制裂隙岩石失稳破坏过程中声发射特征,对预制不同倾角裂隙岩石进行了单轴压缩声发射试验,分析了预制裂隙岩石变形破坏特征及声发射信号变化规律。结果表明:随着预制裂隙倾角的减小,岩石试件的抗压强度逐渐降低,达到峰值应力的时间逐渐缩短,破坏时的轴向应变逐渐减小,试件由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变;随着预制裂隙倾角减小,试件首次出现声发射能量和振铃计数峰值的时间提前、所需加载的轴向应力减小;声发射累计振铃计数随加载时间的增加呈非线性上升趋势,且预制裂隙倾角越小,声发射累计振铃计数上升速率越快。     

单轴压缩下煤岩宏观破裂结构及声发射特性研究

为了研究煤岩在单轴压缩下的宏观破裂结构特征和煤岩破裂过程中的声发射特性,对不同煤矿的煤岩进行了单轴压缩破裂实验和声发射监测实验。结果表明:单轴压缩下煤岩的宏观结构特征可以分为6类,分别为:(1)圆锥型破裂裂纹;(2)八字型裂纹;(3)Y和偏Y型破裂裂纹;(4)多个I字型裂纹;(5)X型破裂裂纹;(6)S型破裂裂纹。提出了煤岩单轴压缩下应力应变全过程可分为6个阶段:初始压密阶段、准弹性阶段、新裂隙渐生段、新裂隙速生段、裂隙扩展贯通段和残余变形段。研究表明在各个阶段声发射特征各不相同,分别为一定量、少量、明显增多、激增、最大值和微量,声发射特性能够较好地反应煤岩的破裂过程。     

含瓦斯煤受载损伤演化声发射特性实验研究

搭建了含瓦斯煤单轴压缩信息采集系统,测试了煤样受载破坏过程中声发射及力学特性参数的变化,并对煤岩损伤演化模型及声发射特性进行了深入的分析研究。研究结果表明,含瓦斯煤在受载破坏过程中能够产生声发射信号,在受载前期声发射信号较少,受载后期较多,载荷峰值附近声发射信号达到最大值;声发射脉冲数及能量与载荷的变化趋势一致,能够直观地反映含瓦斯煤损伤程度;基于声发射特性参数的损伤演化模型,根据声发射脉冲数及能量所计算的损伤值与实测值变化趋势基本一致;作为前兆信息,声发射信号能够表征煤岩损伤演化规律,反映煤岩受载破坏状态。该研究成果将为现场煤岩瓦斯动力灾害的监测及预防提供参考。信号能够表征煤岩损伤演化规律,反映煤岩受载破坏状态。该研究成果将为现场煤岩瓦斯动力灾害的监测及预防提供参考。     

Numerical simulation of aerodynamic and acoustic characteristics of a ducted rotor

This work is devoted to the numerical simulation of the problem about a rotor rotation in a duct in a noninertial reference frame based on the Euler equations. The configuration is a model of a tail rotor of a helicopter. The calculations were carried out using highly accurate EBR schemes on unstructured tetrahedral meshes with the variables determined at the nodes. The numerical results on the aerodynamic forces, as well as the intensity and direction of the acoustic radiation in the far field, are presented and analyzed.     

弯管流量计测量特性的数值模拟与试验研究

为了优化弯管流量计的测量,综合运用流场数值模拟和实流标定试验两种方法,研究了弯管流量计的测量特性.在对安装有弯管流量计的流场数值模拟的基础上,根据压力分布特点确定了较优的取压口斜度;然后,在内径为100 mm的管道中用空气进行了实流标定试验.结果表明:为了增加差压测量的灵敏度和减小二次流对测量的影响,可将弯管流量计的取压口选取在与上游端面成45°夹角的地方;在试验范围内不同流量下,弯管流量计的流量系数都比较稳定,相对误差都介于±3%之间,能够满足大多数工业现场流量测量的要求.     

煤岩膨胀破裂应变及声发射特征实验研究

针对目标对煤岩膨胀破裂过程中的声发射特征研究较少的问题,开展了煤岩膨胀破裂实验,分析了煤岩膨胀破裂全过程应变与声发射信号的变化规律。结果表明:①煤岩膨胀破裂过程可划分为微破裂阶段(Ⅰ)、宏观裂纹生成及扩展阶段(Ⅱ)和劈裂阶段(Ⅲ)。②煤、岩试样膨胀过程应变演化具有一致性,均呈现“缓变→加速→极值”变化趋势,但两者各阶段声发射信号差异较大。③煤样在第Ⅰ、Ⅱ阶段声发射振铃计数较为丰富,在临近第Ⅲ阶段累计振铃计数呈指数型递增;而砂岩在第Ⅰ、Ⅱ阶段声发射振铃计数较少,在临近第Ⅲ阶段累计振铃计数表现出“突增→平静”趋势。④煤岩膨胀破裂过程均存在变形局部化现象,应变变异系数的突变和声发射峰值频率段增多现象可作为煤岩胀裂失稳破坏的前兆特征。研究结果可为煤岩致裂等工程的监测预警提供依据。     

倾斜煤层水力冲孔有效影响半径数值模拟研究

针对目前水力冲孔技术研究较少考虑倾斜煤层水力冲孔卸压范围随方向变化的特点及煤层倾角对水力冲孔卸压有效半径影响的问题,以某煤矿3号煤层为研究对象,利用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics对倾斜煤层水力冲孔有效影响半径进行了数值模拟,研究了不同方向上的钻孔有效抽采半径。数值模拟结果表明:在冲孔作用下,抽采影响范围随抽采时间的增加而不断扩大,但扩展速度随时间下降;在冲孔卸压作用下,煤层渗透性大大增加,钻孔周边影响范围呈近似椭圆形分布;连续抽采90 d后,上部方向的影响半径为6 m左右,下部方向的影响半径为4 m左右,水平方向的影响半径为5 m左右;为了确保抽采达标,该煤层水力冲孔钻场横向钻孔布置间距设定为3.5 m左右,纵向钻孔布置间距为4.0 m左右。该研究结果对于优化水力冲孔工艺参数、指导抽采钻孔的准确布置、提升矿井的瓦斯治理效果具有重要的现实意义。     

煤岩声发射信号识别研究

针对煤岩破裂的声发射信号难以在复杂的噪声环境中识别的问题,提出了一种基于小波包分析和小波特征能谱系数分析的煤岩声发射信号识别方法。选取Symlets小波作为煤岩声发射信号分析的小波基函数,采用混合阈值算法对该信号进行去噪处理,提取出有用声发射信号,并采用Matlab软件分别对有用声发射信号和噪声信号的小波包分解进行仿真,得到两者的小波特征能谱系数和小波包特征向量。仿真结果表明,有用声发射信号特征向量的各级能量变化程度较大,噪声信号特征向量的能量变化较为稳定,从而可实现煤岩声发射信号的识别。     

混凝土损伤的声发射特征分形分析

针对目前只有少量成熟的方法可用于评估混凝土的损伤破坏,并对结构的状态不能及时做出判断,本文提出用声发射技术来监测它的损伤演化．根据所得的声发射特征参数时间序列分形理论研究了它的损伤演化过程和破坏程度,得出了水泥砂浆破坏全过程各个应力水平声发射分形特征以及分形维值随实验时间的变化规律．其结果表明：在加载初中期,分形维数忽大忽小,在临近破坏时,分形维数出现“最小-最大”变化模式,利用此模式可为水泥砂浆临界损伤破坏提供一个新的判据．     

基于PSO的SVM的煤岩声发射源定位研究

为了准确的预测采空区煤矿煤岩破裂与失稳前岩石所释放出来的声发射信息的位置,并且根据山西焦煤的官地矿16403工作面获得的声发射事件的数据,因为该数据是一个非线性、高维的问题,提出了用PSO和SVM算法相结合的方法在煤矿煤岩声发射定位中的应用进行了研究。以往的方法只是单纯的收集煤岩或岩石声发射信息,以至于定位会出现失准、精度低和误差大的缺点。文章提出了“1+1=1”的定位方法,既收集同一位置的岩石和煤岩体的声发射信号,分析处理后,得到其位置。在煤岩失稳前两者都会发出强烈的信号。仿真结果表明：应用PSO和SVM理论结合的方法进行煤矿煤岩声发射定位的预测,在提高准确性和精确度的同时,也大大的提高了泛化的能力,该方法也大大减小定位失准的误差。     

外壁涂覆介质层的微泡谐振腔热响应特性数值模拟分析

通过建立4层结构模型对涂覆介质层的微泡谐振腔进行热响应特性理论建模,研究了回音壁微泡腔外壁涂覆介质层时的热响应特性;利用有限元数值模拟的方法计算了涂覆介质层微泡腔的模式场分布和温度传感灵敏度.计算结果表明:具有氟化钙(CaF2)涂覆层的微泡腔在径向一阶和径向二阶模式下能够有效降低温度升高引起的红移效应,而在径向三阶模式下,其温度灵敏度较传统的二氧化硅微泡腔提升了约55%,研究结果对进一步提升微泡腔的潜力具有重要意义.