选矿废水拌合尾砂胶结充填体强度演化规律及声发射特征

尾砂胶结充填体是充填采矿中的核心承载单元,其稳定性关乎矿山生产安全。近年来,一些地下矿山为减少环境污染等问题,选择二次利用选矿排放废水进行充填,因此,对于采用选矿废水进行充填的矿山,明确选矿废水对尾砂胶结充填体强度的影响至关重要。为此,以3种pH选矿废水(pH=7、8、9)和普通自来水(pH=7)为拌合水制备4种养护龄期(7、14、21、28 d)的尾砂胶结充填体试件。利用声发射(AE)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等试验手段,分析充填体试件的单轴抗压强度、微观结构及其破坏过程中AE振铃计数率、bi值、能量变化特征。研究表明:(1)在相同养护龄期下,选矿废水拌合的充填体强度低于普通自来水拌合的充填体强度,选矿废水拌合的充填体强度随pH的增大而减小,且CO_(3)^(2-)与充填体单轴抗压强度指标间的灰色关联性最好,而Ca^(2+)的关联性最差,阴离子的关联性整体好于阳离子;(2)在相同养护龄期下,选矿废水拌合的充填体内部C—S—H凝胶的质量浓度及衍射峰强度低于普通自来水拌合的充填体内部C—S—H凝胶的质量浓度与衍射峰强度,而选矿废水拌合的充填体中钙矾石的质量浓度及衍射峰强度高于普通自来水拌合的充填体中钙矾石的质量浓度和衍射峰强度;随着选矿废水pH的升高,充填体内部C—S—H凝胶的质量浓度减少、衍射峰强度降低,而钙矾石的质量浓度增多、衍射峰强度升高,从而导致充填体强度下降;(3)充填体破坏过程中AE振铃计数率及b^(i)值整体上分别呈现“升—降—突增—峰值”和“波动上升—剧烈下降—逐步上升”的变化规律;在相同养护龄期下,对于破坏过程中AE b^(i1)、b^(i2)、b^(i3)、峰值应力处每10 s累计振铃计数率及能量数值,选矿废水拌合的充填体均小于普通自来水拌合的充填体,且上述AE特征指标均随着选矿废水pH的增大逐渐减小。

基于声发射信号时频图深度学习的桥梁钢桁架焊接节点损伤程度识别

针对桥梁钢桁架疲劳损伤识别难度大、精度低的现状,提出基于声发射信号时频分析与深度学习的钢桁架焊接节点损伤程度识别方法。对桁架节点在桥梁运营状态下产生的声发射信号进行小波变换,表征不同损伤程度信号的时频能量分布模式,然后建立卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型对时频图进行损伤特征提取,并通过迁移学习思想提升模型的训练效率和学习能力,从而实现桁架焊接节点严重损伤、轻微损伤和噪声工况的准确识别。进一步对模型各卷积层激活区域进行可视化分析,解剖模型的损伤特征学习过程及分类逻辑。某悬索桥中央纵向腹板钢桁架焊接节点现场试验结果表明:相较于利用时域波形进行特征学习的一维卷积神经网络模型,时频图包含了更丰富的损伤信息,所建立的二维卷积神经网络模型对钢桁架焊接节点三种损伤程度的识别准确率超过94%,具有更强鲁棒性和实际应用价值。

基于声子晶体的声发射波源检测概率研究

声发射(acoustic emission,AE)检测就是利用采集和分析声发射现象所产生的信号从而实现对材料进行无损评价的技术,该技术具有实时监测并定位破坏源的能力但是由于检测过程中声发射源信号未知,因此评价检测可靠性的检测概率(probability of detection,POD)研究仍然是空白。进一步来说,在利用声发射监测损伤过程时,声发射波源直接决定其检测结果的可靠性,因此波源的检测概率可以成为量化声发射检测有效性的一个重要指标。为了确定声发射波源的检测概率,利用声子晶体(phononic crystals,PCs)的特性,通过部署声子晶体形成物理带隙,滤除噪声信号,从而获得铝合金试件在紧凑拉伸试验下由于疲劳裂缝活动而引起的声发射信号,最终确定声发射源的检测概率及其影响因素。结果表明,检测概率会随着疲劳裂缝扩展而提高,但裂缝长度达到一定值后开始下降,最终趋于一个平稳值,另外通过设置阈值和选择适当的滤波器,能有效提高检测概率,保证声发射评价结构损伤的有效性。该研究对声发射源识别和检测可靠性评价具有重要意义。

基于小波包和HHT变换的声发射信号分析方法

针对声发射管道泄漏检测过程中的噪声干扰问题,对基于小波包和经验模态分解(EMD)的声发射信号处理方法进行了研究。采用小波包分解算法和经验模态分解都可以对管道泄漏声发射信号进行分解,但分解结果却存在一定区别。EMD是近年来非平稳信号分析领域的一个突破,对管道泄漏声发射信号进行EMD分解后,选择包含声发射特征的若干固有模式函数(IMF分量)进行重构,可以提取到管道泄漏声发射信号的本质特征,消除噪声信号的干扰。相对小波包分解方法而言,对根据IMF分量重构的声发射信号进行相关分析计算,得到的管道泄漏点的位置更为精确。

瓦斯煤岩变形破裂过程声发射预警信号变化规律研究

为提高矿井瓦斯突出灾害预测准确率,基于力学、声学理论,采用实验室试验方法,以标准煤试样为研究对象,对含瓦斯煤岩变形破裂过程声发射(AE)预警声信号变化规律进行研究。试验结果表明:围岩应力增大,煤岩破裂由低围岩应力的脆性破坏逐渐过渡到高围岩应力状态的塑性破坏,可根据声发射高幅信号提前预测煤岩破裂时刻。瓦斯的力学和非力学作用对煤岩体力学性质和变形特性的影响均随瓦斯压力的增加而变大。瓦斯压力越大,则煤岩破裂进程加快,积累的声发射能量迅速释放,高值振铃计数声发射信号覆盖时间区段变长,声发射信号能及时反映含瓦斯煤岩的不稳定性。

组合煤岩破裂声发射特性和冲击倾向性试验研究

为完善冲击地压灾害预测判据,通过试验研究煤、岩石和组合煤岩3类试样的声发射(AE)特性及冲击倾向性规律。结果表明:组合结构中的岩体对煤体的力学性质和冲击倾向性有显著影响。试样的载荷-冲击倾向-声信号变化具有一致性,随着冲击倾向从弱至强变化,AE信号分布呈密集连续-脉冲连续-瞬时脉冲的特征。分析大量不同冲击倾向性试样的AE量化数据发现,试样冲击倾向性越强,其峰后AE振铃计数和能量变化率越高,由此可将峰后AE振铃计数和能量变化率作为冲击倾向性判据。

基于平均频谱的储油罐罐底腐蚀声发射特征分析

针对声发射(AE)罐底检测过程中传统分析方法无法准确判断储油罐罐底腐蚀区域腐蚀程度的问题,提出了基于平均频谱的储油罐罐底腐蚀声发射特征分析方法,用于判断储油罐罐底板腐蚀类型.该方法利用平均值原理,分别求出罐底板不同腐蚀区域的平均频谱,再通过傅里叶逆变换得到该区域的平均波形,以此来表征腐蚀区域占主导地位的声发射信号特征.为了验证分析方法的有效性,进行了现场储油罐检测实验,实验过程中应用护卫传感器屏蔽罐内噪声干扰.实验结果表明,护卫传感器可以有效屏蔽大量罐内噪声信号,使定位结果更加准确.应用护卫传感器所得到的定位结果与开罐检测结果基本一致.在获得准确的声发射定位结果的前提下,应用基于平均频谱的分析方法,可以有效识别不同腐蚀类型,进而准确判断出罐底腐蚀程度.

基于声发射多参数时间序列的瓦斯突出预测

为准确预测煤与瓦斯突出,提出基于煤岩体破裂声发射（AE）多参数时间序列的煤与瓦斯突出预测方法。选取煤岩体声发射事件率、能率和b值等作为观测参量,建立小世界回声状态网络（SW-ESN）预测模型,并对煤岩体声发射多参数时间序列进行拟合与预测;运用突变理论与模糊数学结合的燕尾型突变级数法对预测的声发射序列建立煤与瓦斯突出预测模型。实例应用表明：SW-ESN对声发射时间序列的预测精度高,对突出情况的预测结果与现场实际基本符合,验证了本文提出的方法对煤与瓦斯突出预测的可行性和有效性。

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。

应用声发射评定金属点蚀过程的研究进展

点蚀是金属腐蚀中最危险的腐蚀形态。文章介绍了目前应用声发射技术对金属点蚀进行评价的方法,认为应用声发射技术探测钢点蚀,无论是实验室条件下还是在实际工程上,都是一种有效的工具。但是关于声发射信号源的产生,学者们却持不同的观点。他们认同的一种观点是点蚀的扩展伴随声源活动性的增加,而且在点蚀速率和声源活动性之间存在一定的相关性。结果证明声发射技术的特殊性质正适合于对结构材料的监测。

基于小波聚类的罐底声发射源聚集区域自动识别

利用声发射(AE)技术进行储罐罐底腐蚀检测过程中,不仅要获得声发射信号,还要根据声发射源分布的疏密了解罐底各处的腐蚀情况.传统方法一般采用人工方式进行腐蚀区域划分和识别,效率和准确率都低.为解决该问题,提出了一种基于小波聚类的罐底声发射源聚集区域自动识别方法.算法过程主要包括:划分网格、二维离散小波变换、区域查找和标记、确定声发射源所属区域等步骤.现场实验数据表明,该方法能够对任意分布形状的声发射源聚集区域进行自动识别,特别是能够将因加热盘管腐蚀产生的声发射源划分到同一区域,有效提高了对罐底腐蚀评估的效率和准确性.此外,以声发射源分布信息熵作为区域识别有效性的评价指标,选择信息熵最大的识别结果作为最终声发射源聚集区域识别结果最为有效.

含瓦斯煤体声发射应力波传播规律理论研究

基于含瓦斯煤岩体属于固-气两相孔隙介质,运用经典的弹性动力学理论进行AE信号的传播分析不能准确反映含瓦斯煤层中的传播情况.提出了固-气耦合两相孔隙介质模型,进行了两相介质AE传播理论的初步研究,推导了固-气两相孔隙介质的本构关系和波动方程,对含瓦斯煤层中的AE应力波进行了理论分析.结果表明:含瓦斯煤体双相介质中的横波方程仍然保持单相介质中的传播形式;纵波方程发生明显改变.

基于声发射技术的大容积玻璃纤维缠绕气瓶冲击损伤评定

通过对大容积玻璃纤维缠绕气瓶分步升压爆破试验,采用声发射技术,监测分步升压爆破过程中缠绕层损伤演化以及不同升压阶段声发射信号响应特征,得到不同阶段声发射信号幅度、计数、累计计数以及能量等特征,试验压力由40 MPa升至50 MPa阶段,缠绕层发生损伤,声发射信号活性增加约90倍,且纤维断裂信号强度较高,达到1.0×10^(8)aJ。在此基础上,通过对带有不同程度冲击损伤气瓶升压爆破试验,对比分析0~30 MPa阶段不同损伤气瓶声发射响应区别。试验结果表明,缠绕层声发射信号随缠绕损伤程度增加,响应幅度增高,信号活性增强,强度增大,临界损伤气瓶缠绕层信号活性增强约20倍,信号强度可达到2.0×10^(6)aJ,增大约10倍。因此,可在水压试验过程中,通过冲击损伤区域声发射信号幅度、计数等特征和临界损伤缠绕层信号特征对比,对冲击损伤进行安全评定。

基于经验小波变换的复合材料板声发射源定位

声发射(AE)技术是一种无损检测方法,可以对飞行器中复合材料结构的动态缺陷进行监测。针对AE信号模态成分复杂以及复合材料各向异性导致源定位精度不高的问题,提出基于经验小波变换(EWT)的广义互相关(GCC)时差定位(TDOA)算法。通过EWT对传感器观测到的AE信号进行自适应的分解重构得到其主频模态,有效提高了各通道信号间的相关系数;通过多向波速测量实验对波速进行了多项式拟合;采用GCC法求取各通道信号的时差对AE源进行定位。在平台实验中以T800型碳纤维复合材料板为对象,以断铅信号为AE源对算法进行了验证,实验结果证明了算法的准确性和实用性。

基于声发射信号测定高速流态化中的固体颗粒质量流量

固体颗粒质量流量是工业生产中最基本和最重要的参数之一。以空气-聚丙烯颗粒体系在循环流化床反应器的流动为例,根据颗粒撞击壁面时,在特定频段下产生声发射信号的原理,利用声发射(AE)信号检测技术,结合小波包-偏最小二乘法(PLS)分析,分别考察了表观气速及静床高度对固体质量颗粒流量的影响,并对0～900kHz频率范围内的声发射信号进行4尺度小波包分解,将112～450kHz的特征频段内的能量值作为观测数据,采用PLS拟合得到固体颗粒质量流量的预测模型。结果表明,模型的预测值与称重法获得的质量流量相比,在考察的气速范围和静床高度范围内,平均相对误差为6.5%。声发射检测技术能实现高速流态化中固体颗粒质量流量快速准确的在线监测。

不同荷载作用下拉破裂的声发射特征研究

采用类岩石材料研究了不同加载条件下的张拉裂纹的破裂过程,并利用声发射(AE)测试技术分析了劈拉试样和三点弯曲试样在断裂过程中裂纹的萌生、起裂、扩展和破裂全过程的声发射特征。试验结果表明,声发射的阶段性突发特征反映了张拉裂纹阶段性扩展的力学机制。但是,在不同的加载条件下,张拉破裂的声发射特征有所差异:在弯拉应力作用下,试样拉破裂的声发射特征表现可分为声发射数的渐进增长、快速增长、突发式增长和逐渐下降4个阶段;而在劈拉应力作用下,试样破裂的声发射特征可分为声发射数缓慢增长、声发射数突发和声发射数的稳定发展3个阶段。在弯拉应力作用下,裂纹的萌生和聚集阶段的声发射特征明显,但在劈拉应力作用下几乎观察不到其声发射特征变化。不同破裂模式下的声发射特征值得进一步研究。

单轴压缩条件下充填体—砂岩组合体破坏过程及前兆特征声发射试验研究

分别对砂岩、充填体—砂岩组合体试件进行单轴压缩声发射(AE)试验,研究了试件破坏过程中AE振铃计数及主频特征,重点对比了组合体试件中砂岩侧、充填体侧所采集到的AE信号差异性,同时采用BP神经网络对峰值应力前组合体试件的AE信号类型进行识别,分析了试件破坏过程中不同类型AE信号的时间—应力变化关系及占比变化规律。研究表明:组合体试件的平均单轴抗压强度仅为砂岩试件的38.85%;组合体试件破坏过程中的声发射信号振铃计数量整体少于砂岩试件;峰值应力前,组合体试件中砂岩侧AE振铃计数“激增”现象明显;临近破坏前,组合体试件中砂岩类型的声发射信号占比逐渐下降,充填体类型信号的占比逐渐上升,这一现象可作为组合体试件破坏的前兆特征。

流动流体黏度的声发射测量

基于声发射（AE）测量技术,结合小波分析和R/S分析,获得了代表流体撞击壁面运动的特征信号频段（d1~d12频段）。根据声波特征信号频段能量随流体黏度的规律性变化,以流体撞击壁面产生信号特征区域的声能量值为特征参数,建立了流体黏度的预测模型。以搅拌釜中水-蔗糖体系为例,在搅拌转速1.67 r/s条件下,由预测模型得到的检测结果与真实值的相关系数（r）为0.970,平均相对偏差（ARD）为11.863%,交叉验证误差均方根（RMSECV）为1.228,表明预测模型对于流体黏度的检测具有较高准确性。由此获得了一种快速、准确和非侵入式的流体黏度检测技术,有利于工业生产流程的优化和控制。

声发射在线监测酸性环境下油气管材腐蚀研究综述

高含H2S或特高含H2S气藏越来越多投入开发利用,给油气管材带来的腐蚀问题受到极大关注。声发射(AE)是一种无损在线监测技术,具有在酸性环境下在线监测油气管材腐蚀的潜在应用。在前人研究的基础上,综述了声发射在线监测腐蚀的原理以及从声发射波形信号中能提取到的与酸性环境下油气管材腐蚀相关的计数、绝对能量(ABS)、累计能量、上升时间/幅度(RA)、平均频率(AVG frequency)以及振幅分布值b值等参数,并基于这些参数对气泡破裂、点蚀以及腐蚀裂纹产生等过程、腐蚀类型识别以及腐蚀源定位进行了综合分析。声发射在线监测技术在一定程度上能够有效识别酸性环境下油气管材腐蚀过程、类型以及定位腐蚀源,从而提高腐蚀检出能力。声发射在线监测技术对酸性环境下油气管道腐蚀防护与监测具有重要意义。

转静件碰摩故障定位声发射波束形成方法

目前制约碰摩定量诊断的难题之一就是振动法无法对其进行有效定位.针对该问题,提出了一种适用于旋转机械的转静件碰摩故障定位的声发射(AE)波束形成方法.首先,根据旋转机械转静件碰摩力学模型和转子实验台参数建立了碰摩声发射的有限元仿真模型,进行了碰摩声发射仿真,分析了仿真信号特征和声发射波传播特性.然后,基于声发射仿真信号和声发射碰摩传播特性研究了几种典型的波束形成阵列形式(直线阵列、十字阵列和圆形阵列)的碰摩定位性能,确定直线阵列最适合用于碰摩定位;针对直线阵列的缺点,提出了传感器阵列布置的优化方案和定位流程.最后,通过实验对提出的碰摩故障定位方法进行验证.研究结果表明,通过选择正确的传感器阵列布置方式、合理的传感器阵列形式,声发射波束形成法可以实现对碰摩故障的准确定位.