強(qiáng)噪聲環(huán)境下7N01鋁合金損傷聲發(fā)射監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、隨著高速鐵路的不斷發(fā)展,鋁合金在列車(chē)結(jié)構(gòu)如牽引梁、枕梁等構(gòu)件中得到廣泛引用。在列車(chē)高速運(yùn)行過(guò)程中,鋁合金結(jié)構(gòu)由于受到交變載荷的作用,易產(chǎn)生疲勞損傷,從而危及列車(chē)的安全運(yùn)行。目前,常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法需要在列車(chē)停運(yùn)狀態(tài)下對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行離線的檢測(cè),因而無(wú)法對(duì)高速運(yùn)行過(guò)程中的鋁合金結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)。與常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比,聲發(fā)射技術(shù)具有對(duì)活動(dòng)性缺陷敏感、可對(duì)大型結(jié)構(gòu)快速整體檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn),但是目前聲發(fā)射技術(shù)在列車(chē)中的檢測(cè)應(yīng)用還處于起步階段。由

2、于對(duì)列車(chē)用鋁合金損傷的聲發(fā)射特征以及列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的噪聲信號(hào)還缺少認(rèn)識(shí),因此研究其損傷的聲發(fā)射特征,以及在運(yùn)行噪聲環(huán)境下提取鋁合金損傷的聲發(fā)射信號(hào)成為目前列車(chē)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)急需解決的問(wèn)題。
　　針對(duì)列車(chē)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題,本文開(kāi)發(fā)了一套顯微圖像原位觀測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以對(duì)材料損傷過(guò)程的行為進(jìn)行連續(xù)圖像監(jiān)測(cè)及采集,可為聲發(fā)射信號(hào)的分析提供技術(shù)手段。
　　采用聲發(fā)射系統(tǒng)與開(kāi)發(fā)的顯微圖像原位觀測(cè)系統(tǒng)同步監(jiān)測(cè)列車(chē)用鋁合金母材及焊縫靜載損

3、傷過(guò)程,分析了聲發(fā)射信號(hào)時(shí)域、頻域、時(shí)頻域的特征,建立了聲發(fā)射特征與靜載損傷裂紋擴(kuò)展之間的關(guān)系,并通過(guò)斷口分析確定了靜載損傷過(guò)程中的聲發(fā)射源,研究結(jié)果顯示:聲發(fā)射能量、峰值頻率及質(zhì)心頻率的變化可有效監(jiān)測(cè)鋁合金微裂紋的萌生。
　　鋁合金結(jié)構(gòu)在列車(chē)服役過(guò)程中受交變載荷的作用易產(chǎn)生疲勞裂紋,而疲勞裂紋擴(kuò)展速率是評(píng)估鋁合金結(jié)構(gòu)剩余壽命的基本數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)室條件下,采用聲發(fā)射及自制的顯微圖像原位觀測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了鋁合金疲勞過(guò)程,研究了鋁合金母材及

4、焊縫疲勞損傷過(guò)程中裂紋萌生、擴(kuò)展及相應(yīng)的聲發(fā)射特征,并通過(guò)疲勞斷口分析了聲發(fā)射的產(chǎn)生源。研究結(jié)果表明:鋁合金疲勞損傷過(guò)程中的聲發(fā)射存在三個(gè)不同的變化階段,分別與疲勞裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段相對(duì)應(yīng)。在疲勞裂紋萌生階段,聲發(fā)射特征值的變化對(duì)應(yīng)的疲勞循環(huán)次數(shù)早于顯微圖像原位觀測(cè)系統(tǒng)首次發(fā)現(xiàn)疲勞微裂紋的循環(huán)次數(shù),因此聲發(fā)射特征值可作為疲勞裂紋萌生的指標(biāo)。建立了聲發(fā)射計(jì)數(shù)率與疲勞裂紋擴(kuò)展速率之間的關(guān)系,通過(guò)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)得到的特征值以及建立的關(guān)系可以計(jì)算出

5、疲勞裂紋的擴(kuò)展速率,從而評(píng)估鋁合金結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài),避免了列車(chē)結(jié)構(gòu)中應(yīng)力強(qiáng)度因子的測(cè)量困難。
　　為了分析列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中噪聲的特征,開(kāi)發(fā)了一套小型現(xiàn)場(chǎng)加載系統(tǒng),在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中,采用該系統(tǒng)對(duì)列車(chē)用鋁合金進(jìn)行加載,來(lái)模擬列車(chē)服役過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào),同時(shí)利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取噪聲環(huán)境下的聲發(fā)射信號(hào),為后續(xù)的信號(hào)分析與處理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)列車(chē)靜止和運(yùn)行過(guò)程中,鋁合金不加載與加載過(guò)程產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)對(duì)比分析,得到了列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的噪