一种改进的声发射模板识别流程及其在大尺度页岩水力压裂主被动观测实验中的应用研究

提出一种改进的实验室声发射模板识别流程.该流程联合RMS-AIC算法优化了模板事件的检测效果,将一种改进的绝对离差中位数(观测数据的二分位数与MAD的和)应用于不同时段RMS与互相关序列的动态阈值的设置中,并对声发射模板事件与多通道连续波形数据的互相关叠加方式进行了改进,以避免弱初至延迟量不准确对叠加异常点的影响.我们开展了大尺度龙马溪组页岩水力压裂过程的主动源超声检测与声发射事件联合观测实验,并将该流程应用于主、被动连续观测数据中声发射信号的识别.研究结果表明:利用本文提出的流程检测出1720个声发射信号,数量比声发射模板信号大约多5.54倍.利用更为完备的声发射目录,我们观测到页岩水力压裂过程中的主压裂点大约发生在152 s,且压裂后早期3 s内声发射率呈现出较慢的幂率衰减(p=0.130),而后以较快速率(p=1.403)衰减至稳定值.此外,我们对多种震相拾取算法的比较、声发射的频-幅分布特征等方面开展了讨论.这一新的声发射识别流程可以有效提高在主、被动联合观测下的声发射识别效果,完备水力压裂过程中声发射的时序分布特征,为页岩气开采及风险评估的实验室研究提供有效支撑.

超高速撞击声发射信号在加筋壁板中传播的模态转换现象研究

为应对空间碎片对载人密封舱的撞击威胁,一种基于声发射的在轨感知系统被应用于载人密封舱,通过采集撞击产生的声发射信号,感知撞击事件并定位由此产生的气体泄漏源或潜在泄漏源。载人密封舱舱壁通常由周期性加筋板焊接而成,声发射信号在筋体处会发生复杂的散射现象。针对散射现象中的模态转换现象,采用数值仿真手段,研究了超高速撞击声发射信号所含各模态板波在筋体处的模态转换特性,结果表明:S0、A0、S2阶板波经过筋体后会分别部分转换为A0、S0、A1阶板波;A1阶板波经过筋体后会部分转换为S0阶板波。

预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特性实验研究

利用全波形声发射技术记录了预应力钢筋混凝土梁在3点弯曲荷载下整个破坏过程的声发射信号,并在研究了声发射累计能量随时间变化关系曲线的基础上,采用谱分析对声发射全波形数据进行了分析和处理。以全波形声发射信号的能量分布特性为依据,通过对时域和频域内信号的振幅、频率特征和构件破坏过程的比较,初步得出了预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射信号的参数特性,发现全波形声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息。

含水煤体冲击倾向及声-电荷时频特征试验

为准确预测冲击地压,采用加载系统及信号监测系统对烘干24 h、自然含水和饱水的取自阜新某矿的3种煤样进行试验研究,探究含水煤体冲击倾向性变化规律及其与破裂过程声-电荷信号时频域特征的对应关系。结果表明:随着煤样含水率降低,冲击倾向性增强,煤体加载破坏过程声-电荷信号变化具有规律性;时域方面,煤样冲击越强,强化及峰后阶段声发射(AE)波形、电荷信号更加连续密集且幅值更高;频域方面,煤样冲击增强,强化及峰后阶段声、电荷频谱图频率向低频方向移动,且冲击越强低频段信号幅值越高。

声发射技术在拱桥吊杆损伤监测中的应用

目的为了克服常规无损检测方法不能动态监测吊杆损伤程度和类型,提出利用声发射技术监测吊杆损伤的活性.方法使用上升时间和持续时间关系图确定有效信号,设置浮动门槛值和增设警卫传感器去掉环境噪声;运用声发射参数法分析吊杆内水泥砂浆和钢绞线的损伤程度,并且还使用波形分析技术判断吊杆的损伤类型;在此基础上,对四川峨边大渡河拱桥的所有吊杆进行了全面的声发射在线监测.结果结果表明声发射信号幅值、能量、计数随时间实时变化图能直观显示吊杆的损伤程度关系;波形和频率范围上的差异能有效判断各种损伤类型,其监测结果与实际情况非常吻合.结论采用合理的降噪手段和识别方法,能够从强噪声环境中提取有效声发射信号,声发射特征参数相关图和波形分析技术能够动态监测拱桥吊杆的损伤程度和类型.

基于小波包变换的复合材料声发射信号互相关分析和时延估计

无人机复合材料的声发射全波形信号中含有大量噪声严重影响声发射源的定位精度。借助小波包变换滤除信号中的噪声成分,通过互相关分析确定信号到达各个传感器的时差,进而利用时差定位法反演声发射源的位置。试验结果表明该方法可以有效提高声发射源的定位精度,减小定位误差。

激光加工过程中声发射检测技术的研究进展

激光加工作为一种先进制造技术,因其强大的加工能力而被广泛应用于仪器仪表、航空航天、医疗卫生和汽车制造等众多行业。但在激光加工过程中仍存在诸如加工机制不明确、加工过程难以实时监测而不能及时反馈加工状态,以及欠缺对加工结构或缺陷的分类和表征等不足之处。研究表明将检测技术与激光加工相结合从而对加工过程进行调控成为一种合理的技术解决方案。在各种检测技术中,声发射技术作为一种动态无损检测技术已经被证明是一种高效灵活的检测方法。将声发射技术与激光加工相结合实现对激光加工过程的在线检测已经成为当前国内外的研究热点。本文综述了国内外学者将声发射技术引入激光加工过程中的研究现状,简述了声发射技术的特性,重点分析了激光加工的声发射技术原理、基于声发射分析方法的激光加工过程研究,以及声发射技术在激光加工领域的研究结果等,并基于当前的不足对其未来发展的方向做出了展望。

堤防管涌声发射采集参数设置研究

为了采集管涌过程具有高信噪比的声发射信号,实现声发射技术在堤防管涌监测预警中的推广运用,开展了变水头作用下的管涌破坏试验。通过相同前放增益设置不同的门槛值,分析环境噪声和电子噪声信号,得到了不同前放增益下的最佳门槛设定值。对管涌破坏过程不同通道的AE信号参数最大幅值和最大峰频值分析,AE通道的前放增益选取40 dB,采样频率1 MHz,门槛值为25 dB。通过波形流的采集方法,采集管涌过程连续的AE信号波形。利用AIC准则对AE信号波形分析,得到了AE定时参数:峰值鉴别时间(PDT)为100μs;撞击鉴别时间(HDT)为900μs。管涌过程中AE信号为突发型信号,时域分布疏密差异。通过对单个撞击间时间间隔的测定,结合采样长度,得到了撞击闭锁时间(HLT)为1 500μs。由对噪声信号和管涌过程AE信号的分析,得到了一套适合堤防管涌过程声发射采集设置参数,研究成果对声发射监测堤防管涌具有重要参考价值。

声发射技术在福清玉融大桥吊杆损伤监测中的应用

拱桥吊杆在交通荷载和环境作用下,不可避免地产生腐蚀和疲劳损伤。声发射技术能够对结构缺陷活性进行有效监测。根据福清玉融大桥吊杆服役特征,采用声发射技术对部分吊杆进行了监测。根据声发射特征参数和声发射波形分析技术,利用声发射参数时间历程和波形幅值、频率等,可以有效定性判断吊杆的损伤程度,且监测结果与实际相符。

细砂岩声发射全波形特征及频谱分析

针对细砂岩在不同应力下的破坏模式和裂纹扩展规律等问题,采用单轴压缩、定角压剪和巴西劈裂的方式对细砂岩进行加载试验,采集各试样加载过程的声发射全波形,并基于小波阈值去噪方法对原始波形去噪处理后,再采用快速傅里叶变换获得信号的频谱特征。通过分析声发射全波形及主频、次主频的演化规律,将信号频率细分为低([10,70]kHz)、中([70,120]kHz)、高([120,180]kHz)3个等级,揭示了岩石的破裂失稳过程。研究结果表明:不同试验方法下的声发射全波形差异较大,波形幅值的变化与岩石损伤的渐进过程密切相关;同等试验方法下的声发射主频、次主频具有自相似性,演化规律较一致,次主频对裂隙发育状态更敏感;低频信号反映了细砂岩破坏时的一种固有属性,与加载方式和试验方法无关,仅中频率信号和高频率的信号对应剪切滑移过程与剪切破坏模式。

超高性能混凝土断裂全过程声发射分形特征及损伤机理

为研究超高性能混凝土(UHPC)轴拉破坏全过程的声发射(AE)机理和分形特征,首先,开展了不同钢纤维(端钩形、微波纹形和直圆形)增强的UHPC轴拉试件破坏试验,得到UHPC轴拉破坏过程中的声发射信号;其次,利用快速傅里叶变换计算信号的主频,分析主频在试验过程中的分布特征;然后,基于分形理论利用分形盒维度计算方法对信号进行分形分析,并探究分形盒维度与主频之间的关联性;最后,利用小波包变换方法计算破坏过程中的平均频带能量,分析不同应力状态下各频带能量的演变规律。试验结果表明:变形纤维的端钩和波纹与基体滑移过程产生较高的主频信号,而直圆纤维与基体滑移过程产生较低的主频信号;试件破坏阶段主频段信号分布增多,但依然以基体微裂和钢纤维相对滑移为主;分形盒维度在试件开裂前分布较集中,且在即将破坏时分形盒维度增大,开裂后变分散,新生微裂纹产生的信号分形盒维度与开裂前类似,宏观裂纹扩展产生的信号分形盒维度降低;平均分形盒维度随主频的增大而增大,呈近似二阶多项式变化,主频越高的信号复杂程度越高;AE信号能量集中于1~4频段,不同纤维增强试件的主要能量在频段上的分布不同,但在即将破坏时所有试件能量均由低频向高频转变。说明声发射信号具有良好的分形特征,且能很好地反映UHPC轴拉破坏过程中的损伤特性。

混凝土桥梁裂缝扩展过程声发射信号的分形与小波包综合分析

为量化混凝土桥梁裂缝从微观萌生到宏观扩展过程中声发射(AE)信号变化规律,开展了混凝土斜拉桥模型声发射试验研究。综合采用波形分形计算方法、快速傅里叶谱变换(FFT)、小波包分解方法,分析了试验中AE信号的分形盒维度、主频演变规律、频带能量分布特征和分形盒维度演变规律,进而研究混凝土桥梁裂缝扩展过程中AE信号分形和频谱演化特征。研究结果表明:混凝土桥梁裂缝扩展过程中由宏观裂纹产生的AE信号分形盒维度比微观裂纹产生的AE信号分形盒维度大,且前者分布范围更广,波形相对更为复杂;混凝土桥梁裂缝扩展过程中微裂纹萌生阶段产生的AE信号以中低频信号为主,而宏观裂纹阶段产生的AE信号以中高频为主;本次混凝土斜拉桥模型静力加载过程中所有AE信号能量集中分布在0~234.375 kHz频段,其中混凝土微裂纹萌生和发展阶段AE信号能量主要分布在0~125 kHz中低频段,随着加载过程的进行,AE信号能量分布区间逐步向中高频段演变;试验中采集到的AE信号采用小波包变化分解,重构信号的分形盒维度在0~265.625 kHz频带区间具有随着频率增大而波动上升的现象,上升趋势呈三阶多项式变化,并且在混凝土宏观裂纹阶段的三阶拟合误差更小,规律性更好。说明可以用信号分形盒维度的大小反映信号频率的高低。