強噪聲環(huán)境下7N01鋁合金損傷聲發(fā)射監(jiān)測研究.pdf

1、隨著高速鐵路的不斷發(fā)展,鋁合金在列車結(jié)構(gòu)如牽引梁、枕梁等構(gòu)件中得到廣泛引用。在列車高速運行過程中,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,從而危及列車的安全運行。目前,常規(guī)無損檢測方法需要在列車停運狀態(tài)下對鋁合金結(jié)構(gòu)進行離線的檢測,因而無法對高速運行過程中的鋁合金結(jié)構(gòu)進行在線狀態(tài)監(jiān)測。與常規(guī)的無損檢測技術(shù)相比,聲發(fā)射技術(shù)具有對活動性缺陷敏感、可對大型結(jié)構(gòu)快速整體檢測等優(yōu)點,但是目前聲發(fā)射技術(shù)在列車中的檢測應(yīng)用還處于起步階段。由

2、于對列車用鋁合金損傷的聲發(fā)射特征以及列車運行過程中的噪聲信號還缺少認(rèn)識,因此研究其損傷的聲發(fā)射特征,以及在運行噪聲環(huán)境下提取鋁合金損傷的聲發(fā)射信號成為目前列車聲發(fā)射監(jiān)測急需解決的問題。
　　針對列車聲發(fā)射監(jiān)測存在的問題,本文開發(fā)了一套顯微圖像原位觀測系統(tǒng),該系統(tǒng)可以對材料損傷過程的行為進行連續(xù)圖像監(jiān)測及采集,可為聲發(fā)射信號的分析提供技術(shù)手段。
　　采用聲發(fā)射系統(tǒng)與開發(fā)的顯微圖像原位觀測系統(tǒng)同步監(jiān)測列車用鋁合金母材及焊縫靜載損

3、傷過程,分析了聲發(fā)射信號時域、頻域、時頻域的特征,建立了聲發(fā)射特征與靜載損傷裂紋擴展之間的關(guān)系,并通過斷口分析確定了靜載損傷過程中的聲發(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)測鋁合金微裂紋的萌生。
　　鋁合金結(jié)構(gòu)在列車服役過程中受交變載荷的作用易產(chǎn)生疲勞裂紋,而疲勞裂紋擴展速率是評估鋁合金結(jié)構(gòu)剩余壽命的基本數(shù)據(jù)。在實驗室條件下,采用聲發(fā)射及自制的顯微圖像原位觀測系統(tǒng)監(jiān)測了鋁合金疲勞過程,研究了鋁合金母材及

4、焊縫疲勞損傷過程中裂紋萌生、擴展及相應(yīng)的聲發(fā)射特征,并通過疲勞斷口分析了聲發(fā)射的產(chǎn)生源。研究結(jié)果表明:鋁合金疲勞損傷過程中的聲發(fā)射存在三個不同的變化階段,分別與疲勞裂紋擴展的三個階段相對應(yīng)。在疲勞裂紋萌生階段,聲發(fā)射特征值的變化對應(yīng)的疲勞循環(huán)次數(shù)早于顯微圖像原位觀測系統(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)射計數(shù)率與疲勞裂紋擴展速率之間的關(guān)系,通過聲發(fā)射監(jiān)測得到的特征值以及建立的關(guān)系可以計算出

5、疲勞裂紋的擴展速率,從而評估鋁合金結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài),避免了列車結(jié)構(gòu)中應(yīng)力強度因子的測量困難。
　　為了分析列車運行過程中噪聲的特征,開發(fā)了一套小型現(xiàn)場加載系統(tǒng),在列車運行過程中,采用該系統(tǒng)對列車用鋁合金進行加載,來模擬列車服役過程中的聲發(fā)射信號,同時利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時獲取噪聲環(huán)境下的聲發(fā)射信號,為后續(xù)的信號分析與處理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過對列車靜止和運行過程中,鋁合金不加載與加載過程產(chǎn)生的聲發(fā)射信號對比分析,得到了列車運行過程中的噪