全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测及声发射监测技术研究

本文介绍了在全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测和声发射监测的技术细节,说明了如何根据监测目标任务要求,确定传感器位置和安装方案、进行声传播通道性能测试、材料声发射(AE)性能研究和考证整个检测系统工作的平稳性。讨论了如何合理设置数据采集系统的参数,研究了背景噪声的变化规律,并特别研究了同疲劳裂纹形成和扩展有关的声发射信号的特征及如何从强背景噪声环境中获得有用AE信号。论文以中央翼-外翼连接区域和起落架上枢轴接头等关键部位为例,说明实施监测的方法。由于疲劳试验特别强调监测结果的实时性和及时性,在声发射信号处理方面,作者利用趋势分析,基于时间、空间的滤波和基于幅度和能量分布等多种信号处理方式,以及多参数综合识别技术对一些关键部位的状态进行了声发射连续跟踪监测,为保证全尺寸飞机机体部件疲劳试验的顺利进行起到了重要作用。     

基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测

为在线监测搅拌摩擦焊接过程工具磨损状态,本文基于虚拟仪器技术设计了一套声发射在线监测系统,结合声发射传感器、数据采集卡及信号调理器实现了对搅拌摩擦焊接加工过程中声发射信号的采集。实验中采用带有螺纹的搅拌针工具来焊接7075铝合金,并利用自主开发的在线监测系统采集焊接过程中的声发射信号。然后对采集到的声发射信号进行小波包分解处理,计算分解后各频段能量所占百分比,并提取能量分布规律作为信号特征。研究表明:搅拌摩擦焊接工具在不同磨损情况下具有不同的声发射信号特征,小波包分解处理表明搅拌头磨损轻微时,低频段能量占比较高;相反,搅拌头磨损严重时,低频段能量占比较低。     

飞机连接耳片故障诊断疲劳损伤评估专家系统

连续耳片是飞机上的重要部件，其使用环境恶劣，极易出现故障引起失效。本文根据大量的数据、表格和曲线，用Delphi程序设计构造了专家系统的知识库及推理机，从静强度、疲劳强度、疲劳寿命、断裂损伤、临界裂纹及裂纹扩展寿命等方面，结合材料性能、表面加工、干涉配合、大气环境及表面强化等因素，对飞机连接耳片进行疲劳损伤容限的评估。提出了用剩余强度裕度、疲劳裕度、断裂判据、临界裂纹长度、挤压系数、耳片疲劳额定许用基准值、耳片孔边单裂纹综合构形因子、耳片几何因子、耳片试验试件系数、试验可靠性系数、置信系数和特征寿命等参数进行评估的方法。     

声发射在微铣削过程中监测刀具破损的应用

应用声发射传感器对微铣削过程中的刀具状态进行监测。通过结合传声器传感器,利用小波分析,声发射传感器能更精确有效地监测刀具破损的现象。分别在几种不同的工件材料进行了声发射监测实验。通过该声发射监测刀具破损技术采集得到信号,再利用小波分析对实验数据分析。结果表明,在微铣削中利用声发射信号来监控刀具状态的可行性。     

时空域相关自适应小波包声发射信号降噪方法

现有的小波变换方法在对受强噪声干扰的声发射信号降噪时,由于忽略了小波系数之间的相关性,容易造成信号失真。针对该问题,提出了一种基于时空域相关性的自适应小波包声发射信号降噪方法。算法采用自适应冗余小波变换,最大限度保留了信号的时域空域特征,并利用小波系数在时域空域上存在的相关性,提高对声发射信号及噪声的甄别能力,提升降噪效果。同时利用小波系数在空域上的相关性寻找最佳分解层数,进一步提升了算法的适应性。为了验证本文提出算法的有效性,分别在模拟声发射信号和断铅信号上添加不同程度的噪声,并进行降噪实验。实验结果表明,与其他算法相比,经过本文算法处理的信号信噪比大大提高,均方根误差也有一定程度的降低。     

陶瓷基复合材料双剪切性能的声发射特征研究

针对陶瓷基复合材料结构损伤声发射监测模式识别及强度评估问题,利用圆柱形试样双剪切试验获取破坏过程典型的声发射波形信号,采用傅立叶和时频分析等手段,获得声发射信号特征,发现同批次试样在不同加载条件下的损伤演化规律不同.分析声发射信号历程变化特征,在典型高幅值信号下,小幅值声发射信号代表了不同的损伤模式;纤维铺层与加载方向...     

基于小波分解的模极大值算法在钛合金超声检测信号去噪中的应用

本文针对钛合金超声检测信号中普遍存在的噪声过大、信噪比过低的现象，结合钛合金超声检测信号与材料散射噪声信号的产生特点，构造了一组数学模型，并提出了基于小波分解的一种改进的模极大值去噪算法。该算法利用小波分解中的低频系数来确定信号位置，在高频各尺度系数的对应位置寻找相应的频率信息。以达到提取信号去除噪声的目的。实例分析表明：该模型能基本反映超声检测信号的特点，而且此算法对钛合金超声检测信号去噪效果比较理想。     

基于声发射砂轮磨损监测系统的研究

磨削加工过程中砂轮出现磨损需要反复的修整,砂轮磨损状态的监测可以有效判别砂轮工作状态,减少砂轮修整次数。本文建立了一种基于声发射信号的砂轮磨损监测模型,提出了基于一种小波分解系数均方值统计分析的砂轮磨损状态特征提取方法。同时,采用BP神经网络对砂轮磨损状态进行识别,其输入为3种提取特征,输出为3种不同的砂轮磨损状态。通过磨削试验对监测系统进行评价。结果表明,所提出小波分解系数均方值统计分析的特征提取方法和砂轮磨损监测系统均具有良好的效果。     

拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响

提出采用拉伸高速铣削新方法来提高钛合金等难加工材料的疲劳性能.进行了TC4钛合金的拉伸高速干铣削试验,拉伸装夹应力从0～327 MPa,铣削速度从190～570 m/min,其他加工条件保持不变.对铣削件进行低周疲劳试验,建立疲劳裂纹监测系统对疲劳裂纹进行在位停机拍摄,并用JSM-7001F型场发射扫描电镜对疲劳断口进行观察.结果表明在高速铣削中采用拉伸装夹能使试件疲劳寿命提高8%～16%,这归因于拉伸铣削形成了更为有利的表层残余压应力层,延长了疲劳裂纹萌生寿命.     

声发射信号的时序分析法在磨削烧伤预报中的应用研究

高温合金、表面硬化钢、钛合金等难加工材料，由于具有热稳定性好、热强度高、耐腐蚀、抗磨损性能好等特点，因而被广泛应用于航空航天等工业部门中。但该类材料在磨削加工中极易出现磨削烧伤现象，降低了工件表面完整性，对零件的使用性能产生不利的影响，制约生产率的提高。本文在对高温合金（ＤＺ４）磨削过程中产生的声发射信号特性进行深入分析的基础上，应用时序分析法，建立起关于磨削过程中声发射信号的自回归时序模型，探讨磨削烧伤的在线监测和预报。研究结果表明，声发射信号功率谱结构变化能真正反映磨削烧伤发生与否，自日归时序模型参数及残差方差对工件表面状态变化敏感，均可作为特征参量进行磨削烧伤在线预报。     

复合材料疲劳性能的能量耗散试验研究

材料的损伤、屈服、断裂及破坏过程都是一个需要消耗能量的过程,材料的疲劳是.个耗散的过程.通过对T300/QY8911纤维增强复合材料层合板的疲劳试验,应用能量耗散方法对层合板的疲劳性能和损伤进行分析评估,并通过红外热像仪宏观监测试样表面平均温升的变化趋势.主要包括以下几个方面:1)分析铺层方式对能量耗散密度的影响以及能耗密度与材料疲劳性能和损伤的内在联系,发现能耗密度在初始循环阶段(约为循环寿命数的10%)随着循环数的增加上升较慢,在后一循环阶段出现急剧攀升趋势;2)通过监测试样表面甲均温升的变化趋势,发现试样表面温度的宏观变化趋势与能耗密度的变化趋势具有相似性.     

基于声发射技术的铁路重载货车滚动轴承故障诊断研究

通过声发射检测技术对铁路重载货车滚动轴承故障进行不解体诊断,利用小波包分析技术对采集到的声发射信号进行分解和重构,提取故障信号的能量特征向量,将处理后的特征向量输入到BP神经网络进行滚动轴承故障模式识别,进而判断轴承是否发生故障以及故障的类型。经过使用大量的实际滚动轴承实验数据进行验证,其结果都表明了使用本文的方法的有效性。     

远近场声发射信号相关性研究

通过研究材料或结构中产生的声发射信号,获得损伤源的位置、损伤的类型及损伤严重度等信息,因而声发射信号成为分析材料或结构损伤状态的基础。在不同位置处所采集的声发射信号由于传感器特性、结构不连续、频散效应等产生明显的特征变化,这将影响到对材料或结构损伤状态一致性的研究。通过数值仿真的手段获得理想的高速撞击声发射信号,利用概率统计中的相关性分析方法,对获得的损伤源远近场声发射信号进行相关分析,计算相关系数,得到了远近场声发射信号相关性的变化规律,分析了相关系数与声发射波形、频率之间的关系,所得研究结果对评定损伤源位置精度及损伤模式识别的信号选取具有一定的参考价值。     

玻璃纤维束拉伸的声发射特征及统计损伤分析

本文用声发射技术动态监测玻璃纤维束拉伸时损伤的演化规律。声发射幅度的对数累积分布基本上为一直线,声发射事件数与纤维束位移值近似为一指数曲线。由声发射事件数与纤维断裂数的关系,可得到实际损伤演变规律。根据纤维束断裂规律建立统计损伤模型,导出的纤维束外载与位移的本构关系计算值与实验值相当吻合。表明统计损伤模型描述纤维束断裂损伤是合理的,声发射技术是一种监测材料内部损伤及其演变规律的有效手段。     

复杂应力状态下30CrMnSiA材料低周疲劳性能试验研究

30CrMnSiA材料属于调质钢,在淬火高温回火条件下表现出较高的强度和良好的韧性,被广泛应用于航空航天工业等各大领域。本文以30CrMnSiA材料为研究对象,开展不同应力水平和不同缺口尺寸的低周疲劳试验,重点研究缺口尺寸对低周疲劳寿命的影响规律。利用ABAQUS有限元软件计算了缺口应力集中系数。采用扫描电子显微镜(SEM)研究了30CrMnSiA材料的低周疲劳断裂机理。研究结果表明,缺口半径越小,应力集中系数越大,疲劳寿命越短。断口分析结果表明,缺口试样裂纹扩展区主要表现为穿晶断裂为主的断裂模式,局部可见大量的沿晶形貌,瞬断区呈现大量的韧窝。     

宽板铆接搭接件腐蚀疲劳特性试验研究

对航空铝合金2A12宽板搭接件进行了基准疲劳试验、预腐蚀疲劳试验、腐蚀-疲劳交替试验,观察搭接件内部腐蚀情况、断口情况;对比分析了三种不同情况的下的结果形成原因;从腐蚀产物、腐蚀形态、裂纹形成位置、能谱分析等方面对试验件进行微观对比分析。结果表明:预腐蚀试验后,试验件疲劳寿命下降明显,腐蚀—疲劳交替试验疲劳寿命最低,腐蚀—疲劳交替试验对试验件的疲劳性能影响较大;预腐蚀试验后,搭接处缝隙内有明显的腐蚀痕迹存在,缝隙环境加重了缝隙内部的腐蚀;裂纹源为韧性断裂,外表面有脆性特征,也存在解裂、二次裂纹等特征;对于腐蚀—疲劳交替试验搭接件,裂纹在界面腐蚀坑处发展,萌生的裂纹呈解理、沿晶等特征;腐蚀和应力的耦合降低了疲劳寿命。     

焊缝声发射源二维时间反转成像定位方法研究

焊缝检测一直是工业无损检测的一个重点检测对象,但是目前还没有一种可靠准确的动态检测方法,而应用声发射检测技术实现焊缝动态监测的一个重要方面就是声源定位问题。本文提出采用时间反转成像理论进行声发射源定位,主要对两种成像方法处理结果进行探讨。根据声发射检测特点,结合时间反转聚焦理论,推导了损伤声源信号时间反转过程,有效提高了信号的信噪比;根据四点圆弧成像方法,理论分析了两种成像方式的特点;最后通过数值仿真验证定位方法,从仿真实验结果可知,该成像定位算法可准确确定声源位置,同时发现两种成像方式的时反成像图存在一定差异,但经过阈值化处理后,成像结果一致,对定位精度没有影响。     

梯形螺纹振动辅助冷挤压工艺参数影响分析

为深入研究梯形螺纹振动辅助冷挤压机床的加工过程,延长挤压丝锥寿命以及提高梯形内螺纹质量,本文建立了一套基于虚拟仪器的专用在线监测系统。研究了不同挤压工艺参数下加工过程中的振动、声发射、扭矩以及温度信号,并通过对信号的分析处理,揭示了不同工艺参数与加工过程信号之间的内在联系。研究结果表明,随着主轴转速和润滑油黏度系数的提高,振动、声发射信号的均方根值不断提高,振动、声发射信号频率由低频向高频移动,扭矩和温度也不断提高。激振频率的最优值在18 Hz左右。     

拉压、扭转载荷下铸铝合金的亿周疲劳性能研究

应用超声疲劳试验机对铸铝合金2-AS5U3G-Y35在扭转和拉压循环载荷下进行了超高周疲劳性能测试.介绍了超声扭转疲劳试验装置的设计.应用35 Hz常规疲劳试验机和20 kHz的超声疲劳试验机完成应力比R=-1的拉压、扭转疲劳试验,进而研究不同载荷条件、加载频率对铸铝合金超高周疲劳性能的影响.S-N曲线显示,铝合金在105～1010疲劳周次间仍发生疲劳断裂,不存在疲劳极限.断口分析表明,在超高周循环拉压载荷下,疲劳裂纹常萌生于试样次表面材料内部缩孔.与循环拉压载荷下的疲劳断裂机理不同,在循环扭转载荷下疲劳裂纹主要萌生于试样表面,疲劳断裂面为一种典型的沿试样轴向45°的螺旋面,即沿最大主应力平面断裂.扭转疲劳断面清晰的剪切条带表明扭转疲劳断裂实质上是剪切断裂.     

具备高适应性的高速铣削刀具磨损状态监测系统

为提高加工监测系统的适应性和智能化程度,提出基于刀具磨损曲线的实时刀具状态监测系统。自学习能力的引入使该系统可自动进行不同刀具状态的识别和磨损程度的估计,较大程度上摆脱对系统事先"教学"的依赖。同时为有效抑制切削参数变化带来的干扰,提出一种特征提取方法来自动提取敏感特征,减少监测系统开发时间和成本。针对高速铣削过程的刀具磨损监测,采用切削力和声发射传感器来采集信号,并运用时域、频域和小波分析技术来对信号进行处理,试验结果证明了所提出的自动特征提取方法的有效性和智能刀具状态监测系统的高适应性。