Using Acoustic Emissions to Detect Damage in Three-Dimensional Braided Composites

Three-dimensional(3D)braided composites with better properties have been used in some particular industries.Some have had obvious signs of crack when they are braided.Others have had catastrophic failures occuring without warning.A new methodology for the analysis of failure modes in composite materials by means of acoustic emission techniques has been developed.The occurrence of fiber-breakage during tensile loading tests has been observed by the acoustic emission technology.Using acoustic emission technology is investigated as a means of monitoring 3D braided composites structures,detecting damage,and predicting impending damage.Some of the findings of the research project were presented.

New Three-Dimensional Assessment Model and Optimization of Acoustic Positioning System

This paper addresses the problem of assessing and optimizing the acoustic positioning system for underwater target localization with range measurement.We present a new three-dimensional assessment model to evaluate the optimal geometric beacon formation whether meets user requirements.For mathematical tractability,it is assumed that the measurements of the range between the target and beacons are corrupted with white Gaussian noise with variance,which is distance-dependent.Then,the relationship between DOP parameters and positioning accuracy can be derived by adopting dilution of precision(DOP)parameters in the assessment model.In addition,the optimal geometric beacon formation yielding the best performance can be achieved via minimizing the values of geometric dilution of precision(GDOP)in the case where the target position is known and fixed.Next,in order to ensure that the estimated positioning accuracy on the region of interest satisfies the precision required by the user,geometric positioning accuracy(GPA),horizontal positioning accuracy(HPA)and vertical positioning accuracy(VPA)are utilized to assess the optimal geometric beacon formation.Simulation examples are designed to illustrate the exactness of the conclusion.Unlike other work that only uses GDOP to optimize the formation and cannot assess the performance of the specified size,this new three-dimensional assessment model can evaluate the optimal geometric beacon formation for each dimension of any point in three-dimensional space,which can provide guidance to optimize the performance of each specified dimension.

Effects of sonic speed on location accuracy of acoustic emission source in rocks

To quantitatively study the location errors induced by deviation of sonic speed, the line and plane location tests were carried out. A broken pencil was simulated as acoustic emission source in the rocks. The line and plane location tests were carried out in the granite rod using two sensors and the cube of marble using four sensors, respectively. To compare the position accuracy between line and plane positions, the line poison test was also carried out on the marble surface. The results show that for line positioning, the maximum error of absolute distance is about 0.8 cm. With the speed difference of 200 m/s, the average value of absolute difference from the position error is about 0.4 cm. For the plane positioning, in the case of the sensor array of 30 cm, the absolute positioning distance is up to 8.7 cm. It can be seen that the sonic speed seriously impacts on the plane positioning accuracy. The plane positioning error is lager than the line positioning error, which means that when the line position can satisfy the need in practical engineering, it is better to use the line position instead of the plane location. The plane positioning error with the diagonal speed is the minimum one.

Velocity-Free MS/AE Source Location Method for Three-Dimensional Hole-Containing Structures

Microseismic/acoustic emission(MS/AE)source localization method is crucial for predicting and controlling of potentially dangerous sources of complex structures.However,the locating errors induced by both the irregular structure and pre-measured velocity are poorly understood in existing methods.To meet the high-accuracy locating requirements in complex three-dimensional hole-containing structures,a velocity-free MS/AE source location method is developed in this paper.It avoids manual repetitive training by using equidistant grid points to search the path,which introduces A*search algorithm and uses grid points to accommodate complex structures with irregular holes.It also takes advantage of the velocity-free source location method.To verify the validity of the proposed method,lead-breaking tests were performed on a cubic concrete test specimen with a size of 10 cm10 cm10 cm.It was cut out into a cylindrical empty space with a size of/6cm10 cm.Based on the arrivals,the classical Geiger method and the proposed method are used to locate lead-breaking sources.Results show that the locating error of the proposed method is 1.20 cm,which is less than 2.02 cm of the Geiger method.Hence,the proposed method can effectively locate sources in the complex three-dimensional structure with holes and achieve higher precision requirements.

基于新型阵列的储罐底板声发射定位方法

针对传统声发射源定位方法对储罐底板中心位置附近声发射信号接收不佳的问题,设计出一种8⁃4⁃2⁃1型伞状定位阵列,通过改变定位传感器组合,并将模式识别技术融入到新型阵列定位算法中,解决了罐底定位容易出现的漏定位和伪定位等问题,最后通过对比试验对该定位阵列的效果进行验证。试验结果表明,新型定位算法对罐底中心位置的定位精度提升了10.99%,重复定位、伪定位问题对定位结果的影响降低了31.22%。

基于声发射技术的煤矿巷道掘进机定位方法

声发射技术能够监测设备运行过程中产生的声波,通过分析这些声波的传播特性可以准确确定掘进机的位置。基于此,详细介绍声发射技术的基本原理,并通过实验分析该技术在煤矿巷道掘进机定位中的应用效果。实验结果表明,声发射技术不仅能够提供高精度的定位服务,而且能在煤矿巷道掘进过程中实时更新位置信息,有效提升掘进作业的安全性和效率。

可水声定位的水下弹载测试系统设计

为了获取水下弹体发射全过程的多通道飞行姿态数据,并且针对水下弹体发射入水后难以搜寻的问题,设计了一种可水声定位的水下弹载测试系统。采用STM32F103C8T6作为主控芯片,控制系统多通道数据采集、存储与超声波脉冲信号的发出。设计了功率放大电路和阻抗匹配电路,提高了系统工作效率。经过测试,加载在换能器上的激励电压峰-峰值达134 V,可驱动换能器发出超声波。实验结果表明,采集系统可以连续高精度地采集弹体全过程飞行数据,在水下3.8 m可探测到目标,达到实际使用要求。

基于声发射的扫地机器人外壳碰撞点定位研究

扫地机器人领域的核心问题是定位问题,对扫地机器人行进过程中的碰撞位置进行有效定位是提高清扫效率的关键。声发射作为一种新型的无损检测技术,它的信号特性让其能在各种材料环境下进行定位实验。基于声发射技术的时差定位系统对于碰撞信号这种突发型信号有较好的捕捉定位能力,采用声发射时差法研究扫地机器人外壳在发生碰撞时的对应位置并进行定位误差分析。结果表明,声发射时差定位法能简单且快速地对碰撞点进行有效定位,利用声发射时差定位计算出的坐标与实际碰撞点坐标的误差最大值为8.45 mm,最小值为0.7 mm。研究结果可为实验研究和工程中声发射事件的精确定位提供重要参考。

基于聚类分析的旋转机械声发射碰摩定位算法

旋转机械的特性决定了其在运行中可能会出现碰摩故障并且不易停机检修,所以旋转机械的碰摩定位是一个亟需解决的问题。针对此问题,提出了利用声发射信号特性的参数定位方法,并采用改进的聚类算法优化定位结果。该方法能够在旋转机械运行时进行检测,并且能够准确对碰摩源进行定位。试验结果表明,与时差定位算法相比,提出的方法可以更有效地分离出碰摩源,而且经过改进后的聚类算法运行速度更快。

一种砂岩相似材料的声发射性能研究

以云冈地区砂岩为模拟对象,采用水泥、中砂、铁粉、水、减水剂按照一定的比例制作类岩石相似材料,利用HUALONG压力机和DS5声发射仪对类岩石进行单轴压缩实验,研究其声发射性能。结果表明:通过参数RA-AF值判断相似材料为剪切-张拉破坏,利用傅里叶变换研究破坏过程的峰值频率主要为170 kHz和50 kHz,大于200 kHz信号在破坏阶段居多。借助定位系统,类岩石定位点在塑性阶段占比为48%,此阶段破坏最剧烈,定位点在两侧面投影验证了其破坏主要为张拉破坏模式。声发射各个参数相互结合、相互补充、相互验证,为相似材料的研究提供了参考依据。

页岩气藏缝网压裂物理模拟的声发射监测初探

水力压裂模拟实验中,对水力裂缝的监测和识别是研究储层裂缝形态的基础。利用室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟装置对300 mm×300 mm×300 mm立方体页岩试样开展体积压裂实验,建立多通道声发射实验监测系统,在试样两个对称侧面布置声发射探头,采集实验过程中裂缝破裂时的声波信号,对裂缝缝网形成过程进行三维动态实时跟踪,可以明确水力裂缝起裂和裂缝扩展形态;再结合声发射计数曲线和泵压曲线可以实时监测水力裂缝不同扩展阶段,判别水力裂缝与天然裂缝相互沟通过程。监测过程发现,声发射累积次数最高点先于破裂压力点出现,水力裂缝扩展接收的声发射信号多于天然裂缝开启过程,地层破裂后泵压曲线的波动可以识别裂缝之间的沟通程度,打开试样观察示踪剂的分布特征进一步验证了声发射监测结果。

基于声发射衰减特性的故障行星轮定位研究

行星齿轮箱是风力机传动装置的重要组成部分,行星轮在低速重载、既自转又公转的复杂环境下容易诱发故障,其故障诊断特别是故障行星轮定位一直是研究重点和难点。建立了行星轮齿轮箱实验装置,模拟了行星轮故障,并利用声发射信号进行故障行星轮定位。实验研究了声发射信号在齿轮内部、齿轮与齿轮之间的传播特性,利用信号的幅值衰减特性简化了故障定位模型。利用信号幅度随信号传播距离增加而呈指数衰减的关系,建立了故障源定位方程组,从而获得故障齿的啮合位置,进一步确定故障行星轮的位置。实验结果表明:利用声发射信号的幅值衰减特性能够较为精确的确定故障行星轮的位置。

边坡声发射监测研究综述

对现有的边坡监测技术进行总结分析,阐明声发射监测技术在边坡滑塌破坏过程中的信号采集、定位等方面的独特优势。通过详述声发射边坡监测技术的发展历程与现状,指出声发射边坡监测的影响因素。并结合边坡声发射监测实例分析,表明该技术不仅能实现对边坡滑移面定位,还能对边坡破坏水平进行分析,将声发射参数划分为不同的破坏等级来判断边坡的稳定性。最后指出声发射边坡监测技术在波导杆、耦合材料、传感器布置方式等方面存在的问题,波导杆和耦合材料的选择、传感器布置方式以及耦合材料产生的声发射与周围岩体破坏的相关性等方面有待进一步的研究与探索。

基于小波包分析的声发射源定位方法

利用小波包分析技术 ,先对信号进行分解 ,再对衰减的信号在不同频率段内进行有效的补偿 ,然后对分解的信号进行小波包重构 ,利用互相关技术计算出时差 ,进而进行声发射源定位。此定位方法能有效地减小声发射源定位的误差 ,提高定位精度。

电阻点焊熔核形核信息的声发射信号表征

以结构负载压电传感的方式,研究借助声发射信号表征电阻点焊铝合金过程的熔核形核信息,包括焊接过程的声发射信号表征和熔核质量信息的声发射信号表征.结果表明,电阻点焊不论是稳定形核还是非稳定形核均可以用声发射信号来表征熔核形核的不同物理阶段.熔核形核的飞溅、开裂等特征事件也可以利用电阻点焊过程声发射信号的形核声发射特征参数来予以界定.声发射特征参数与熔核形核尺寸、焊点拉剪载荷具有较好的相关性.可以使用焊接过程中的声发射特征参数作为检测或预测熔核形核尺寸和焊点拉剪载荷的依据之一.

储罐底板声源辨识及定位方法研究

储罐底板腐蚀是多声源问题,在不同位置的腐蚀源可能同时发射应力波。这些声源信号有时会重叠被传感器接收,从而影响定位的可靠性。为此本文基于平面声发射源能量定位方法的基本理论,进行了模拟储罐底板定位实验,提出了能量定位系数的修正方法。通过对实验数据分析,发现快速独立分量分析(Fast ICA)方法可以将同种声源混合信号进行有效分离,并且基本保持原有波形特征,相干系数法可以实现对分离后的同源信号进行聚类,进而应用改进能量定位方法对声发射源进行定位,从而对声源辨识,判断事件集中度提供依据。

混凝土材料断裂过程中声发射空间自组织演化特征及其在结构失稳预报中的应用

利用声发射定位检测技术 ,对混凝土材料在三点弯曲断裂过程中 ,声发射事件的空间分布规律进行了观测。通过给出的声发射事件的位置熵函数 ,可以对这种空间演化规律进行定量描述。结合三点弯曲实验 ,对声发射空间演化规律同临界断裂的关系进行了分析。试验结果表明 ,混凝土试块在三点弯曲过程中 ,相应的声发射过程的空间自组织程度 ,随着应力状态的变化而变化。声发射空间位置熵的急剧下降 ,预示着宏观断裂的来临。

噪音环境下桥梁损伤声发射定位技术研究

为研究噪音环境下桥梁损伤的声发射定位方法,并获取相应的技术参数,在一座运营中的预应力钢筋混凝土桥梁的箱梁内部进行了声发射定位试验,通过定位参数的选取、断铅模拟损伤的声发射定位试验、声发射信号的滤波除噪、定位图聚类等一系列试验,达到了比较满意的定位效果,定位误差控制在50 mm以内,并获得了桥梁检测中的声发射门槛值、定位波速以及三个定位时间参数值[峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)、撞击锁闭时间(HLT)]。试验结果表明,在运营桥梁上进行声发射损伤定位时,门槛值设为40 d B可以滤除大部分环境噪音,同时通过关联图对比分析、利用数字滤波除噪,并对定位图进行聚类,可以进一步提高定位精度,最终误差可以控制在50 mm以内。研究结果可为声发射损伤定位技术在桥梁检测及监测方面的推广应用提供借鉴。

砂岩单轴循环加卸载过程中声发射信号特征与时空演化规律

为深入研究循环荷载作用下岩石内部微裂纹萌生、发展及贯通的时空演化规律,以砂岩为研究对象,开展了砂岩在单轴循环加卸载下的声发射试验。结果表明:借助不同方向的波速测试,可获得声波在岩石中的传播速度,为声发射定位提供合理的波速参数;通过合理布置传感器的位置,可准确定位破裂面的空间位置;加卸载过程中声发射事件数和能量呈现台阶状上升,表明声发射具有记忆效应;通过声发射事件空间定位与破坏岩样的对比,验证了两者的位置基本一致,表明声发射可有效获得岩石内部微裂纹发展的全过程。

小波变换用于声发射波波达时间的研究

基于模态声发射和互相关技术 ,利用小波变换的方法 ,计算声发射波达时间 ,进而进行声发射源定位 。