為實現(xiàn)材料早期疲勞損傷程度的評價,提出以改進的Marr子波為核函數(shù)的廣義S變換,結合時頻圖的信息量量化的聲發(fā)射信號處理方法。搭建金屬疲勞損傷在線聲發(fā)射檢測系統(tǒng),采集金屬材料早期結構疲勞損傷下的聲發(fā)射信號,再對典型的聲發(fā)射信號進行廣義S變換處理來驗證該研究中的廣義S變換具有更高的時頻分辨率,然后對金屬疲勞過程中包含高應力和低應力狀態(tài)下的聲發(fā)射信號進行高分辨的時頻分析,從而得到隨著疲勞周期數(shù)增加的較準確、清晰的時頻圖;采用信息熵的量化方法對具有高分辨的時頻圖進行信息熵的量化。實驗表明,上述信號處理方法可獲得金屬材料在早期結構疲勞損傷的時頻信息變化特征,為用于建筑工程、橋梁結構構件常用鋼材疲勞過程中的聲發(fā)射檢測及早期疲勞損傷程度加劇提供參考依據(jù)。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(16)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

不同參數(shù)下的廣義S變換子波波形圖和頻譜圖

從圖2(b)可知,該聲發(fā)射信號的幅值較大值所在頻率主要集中在f1=177.7 kHz、f2=180.4 kHz和f3=148.3 kHz附近,頻率在177.7 kHz和180.4 kHz的幅值相比于其他頻率要高出許多。從圖2(d)可知,高斯窗函數(shù)下的S變換時頻圖雖然能準確顯示時間方面的信息,但是縱軸顯示頻率的譜帶寬過寬導致無法分辨其頻率成分,頻率分辨率很低。從圖2(f)可知,由于受寬帶Marr子波旁瓣的影響,縱軸顯示的頻譜成分根據(jù)圖2(b)可知,其頻率表征出現(xiàn)了偏差,如橢圓虛線框和矩形虛線框標記地所示,頻率為177.7 kHz、180.4 kHz和148.3 kHz的不能準確表征,并且,時間約為32～40 ms的頻譜信息相比于本文里的廣義S變換表征不完全,用寬帶Marr子波來表征金屬疲勞的聲發(fā)射信號的時頻特征并不適合。從圖2(h)可知,本文通過改進的Marr子波,去掉子波旁瓣,只保留了子波主瓣,并且通過尋找合適控制參量p和m值來改變子波分辨率及大小,可以得到和金屬疲勞產(chǎn)生地聲發(fā)射信號波形譜最佳逼近的理論子波,相比于高斯窗函數(shù)下的S變換和寬帶Marr子波下的廣義S變換,有較強的時頻信息表征結果。對一個循環(huán)周期下的聲發(fā)射信號進行處理,該信號由于包含了隨著疲勞周期數(shù)增加的晶體內(nèi)部位錯運動狀態(tài)下豐富的聲發(fā)射信息,且信號的持續(xù)時間相比較于突發(fā)型信號的要長很多,所以本文中的廣義S變換對豐富的信號分量有著更強的時、頻域區(qū)分能力,能表征聲發(fā)射信號隨著疲勞周期數(shù)增加在時域和頻域的特征變化情況,這為下文中金屬材料早期疲勞損傷程度的量化及評價提供了較為準確的時頻信息變化依據(jù)。1.2 廣義S變換時頻圖的信息熵模型

表1 碳素鋼Q235A的化學成分(質量分數(shù))Tab.1 Chemical composition of Q235A% C Si Mn S P 0.14～0.22 ≤0.30 0.30～0.65 ≤0.50 ≤0.045試驗采用的加載設備為PA-100電液伺服疲勞試驗機,因Q235A的屈服強度235 MPa且該試樣的橫截面積為10-4 m2(20 mm×5 mm),故能承受最大、非永久失效的作用力為23.5 kN,為了給試樣施加地作用力小于屈服強度,設計循環(huán)應力正弦波波動疲勞試驗:中心線為10 kN,應力幅σa為8.18 kN,故最大應力σmax為18.18 kN、最小應力σmin為1.82 kN、應力比為0.1;加載頻率為20 Hz,疲勞周期次數(shù)為4萬次。聲發(fā)射信號采集儀器采用的是北京軟島時代科技公司的DS5-16B聲發(fā)射儀器,因疲勞試驗機夾試樣的下夾頭提供施加地作用力,上夾頭只起固定試樣的作用,為避免機械震動對信號采集造成較大的噪聲干擾,因此聲發(fā)射傳感器放置位置(見圖3)(上夾頭附近)。前置放大器增益為40 dB,采樣頻率為2.5 MHz。聲發(fā)射檢測與疲勞試驗裝置系統(tǒng),如圖4所示。試驗開始前,通過循環(huán)疲勞測試發(fā)現(xiàn),Q235A鋼材疲勞產(chǎn)生地聲發(fā)射信號頻率主要集中在80～400 kHz,所以在采集設置中設置硬件模擬帶通濾波器的頻帶寬度為100～400 kHz時,聲發(fā)射儀采集地信號可以有效濾除機械噪聲信號以及包含的聲發(fā)射信息最全面。

【參考文獻】：
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本文編號：3610370