材料損傷與斷裂的聲發(fā)射檢測(cè)

1、拉伸載荷作用下材料損傷與斷裂拉伸載荷作用下材料損傷與斷裂的聲發(fā)射實(shí)時(shí)檢測(cè)的聲發(fā)射實(shí)時(shí)檢測(cè)1.1.了解聲發(fā)射技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料損傷與了解聲發(fā)射技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料損傷與 失效過(guò)程的基本原理失效過(guò)程的基本原理 。2.2.掌握聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)的操作方法。掌握聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)的操作方法。3.3.利用聲發(fā)射信號(hào)的基本參數(shù)分析材料利用聲發(fā)射信號(hào)的基本參數(shù)分析材料在外載荷作用下的損傷與斷裂過(guò)程在外載荷作用下的損傷與斷裂過(guò)程 。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理人說(shuō)話人說(shuō)話樹(shù)枝折斷樹(shù)枝折斷地震等都是聲發(fā)射現(xiàn)象地震等都是聲發(fā)射現(xiàn)象! ! 聲發(fā)射聲發(fā)射(Acoustic Emission，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱AE)是

2、指物體在形變或受外力作用下，是指物體在形變或受外力作用下，因迅速釋放因迅速釋放(彈性彈性)能量而產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力能量而產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力波的一種物理現(xiàn)象波的一種物理現(xiàn)象 。裂紋裂紋裂紋裂紋分層分層材料在外力作用下，形成裂紋、斷裂、分層等形式的材料在外力作用下，形成裂紋、斷裂、分層等形式的損傷時(shí)，也會(huì)發(fā)聲，產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)！損傷時(shí)，也會(huì)發(fā)聲，產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)！顆粒斷裂顆粒斷裂 但這些信號(hào)很微弱，人耳聽(tīng)不到，必但這些信號(hào)很微弱，人耳聽(tīng)不到，必須借助先進(jìn)的設(shè)備來(lái)檢測(cè)須借助先進(jìn)的設(shè)備來(lái)檢測(cè)分析研究分析研究聲發(fā)射源聲發(fā)射源材料中傳播材料中傳播傳感器耦合傳感器耦合傳感器傳感器前置放大器前置放大器聲發(fā)射采集聲發(fā)射采集信號(hào)

3、處理信號(hào)處理數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)顯示聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理就是由外部條件聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理就是由外部條件( (如力、熱、電、如力、熱、電、磁等磁等) )的作用而使物體產(chǎn)生并發(fā)射聲信號(hào)，接收這些信號(hào)，的作用而使物體產(chǎn)生并發(fā)射聲信號(hào)，接收這些信號(hào)，加以處理，分析和研究，推斷材料內(nèi)部狀態(tài)或缺陷性質(zhì)和加以處理，分析和研究，推斷材料內(nèi)部狀態(tài)或缺陷性質(zhì)和狀態(tài)變化的信息。狀態(tài)變化的信息。聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理：聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理：trtetiVpVtVt (時(shí)間)聲發(fā)射信號(hào)的波形及其基本參數(shù)：聲發(fā)射信號(hào)的波形及其基本參數(shù)：Vt-門(mén)檻值；門(mén)檻值；tr-上升時(shí)間；上升時(shí)間；Vp-振幅；振幅；Vt-門(mén)檻電壓；門(mén)檻電壓；t

4、e+ti-事件持續(xù)時(shí)間事件持續(xù)時(shí)間1.聲發(fā)射計(jì)數(shù)聲發(fā)射計(jì)數(shù)在事件持續(xù)時(shí)間在事件持續(xù)時(shí)間內(nèi)，對(duì)一個(gè)事件內(nèi)，對(duì)一個(gè)事件記一次數(shù)的方法記一次數(shù)的方法稱為事件計(jì)數(shù)。稱為事件計(jì)數(shù)。事件計(jì)數(shù)可以計(jì)事件計(jì)數(shù)可以計(jì)單位時(shí)間的事件單位時(shí)間的事件數(shù)目，稱為數(shù)目，稱為事件事件計(jì)數(shù)率計(jì)數(shù)率。也可以。也可以計(jì)從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始到計(jì)從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始到某一階段的事件某一階段的事件總數(shù)，稱為總數(shù)，稱為事件事件總計(jì)數(shù)總計(jì)數(shù)。 0200400600800100012001400160018002000050100150200250300 as-recieved TBCs AE event cout/NLoading time/s事件計(jì)數(shù)率事件

5、計(jì)數(shù)率AB氧化后氧化后C 事件計(jì)數(shù)的大小反映了與材料內(nèi)部事件計(jì)數(shù)的大小反映了與材料內(nèi)部損傷、斷裂源的多少有關(guān)。損傷、斷裂源的多少有關(guān)。2.振幅或能量分布振幅或能量分布020040060080010001200140016001800200030405060708090Time/sAmplitude/dBAs-recieved dttVRE021聲發(fā)射信號(hào)的振聲發(fā)射信號(hào)的振幅大小可以用來(lái)幅大小可以用來(lái)度量聲發(fā)射信號(hào)度量聲發(fā)射信號(hào)的能量。的能量。 3.聲發(fā)射源的定位分析聲發(fā)射源的定位分析22)(lvttsignx，左邊先收到右邊先收到1)(, 1)(tsigntsign22222222222222

6、2222/2/2/22)(/2/2/22)(xxyyyxyyxxyxtvhtttvhttvhvtsignytvhtttvhttvhvtsignxyxxABABCDXY(x, y) 本實(shí)驗(yàn)采用拉伸破壞實(shí)驗(yàn)與聲發(fā)射無(wú)損本實(shí)驗(yàn)采用拉伸破壞實(shí)驗(yàn)與聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)相結(jié)合的方法來(lái)對(duì)材料損傷與失效檢測(cè)相結(jié)合的方法來(lái)對(duì)材料損傷與失效過(guò)程進(jìn)行分析過(guò)程進(jìn)行分析1. 材料的拉伸實(shí)驗(yàn)以及應(yīng)力應(yīng)變曲線繪制。材料的拉伸實(shí)驗(yàn)以及應(yīng)力應(yīng)變曲線繪制。2. 聲發(fā)射儀及其測(cè)試分析軟件的操作。聲發(fā)射儀及其測(cè)試分析軟件的操作。3. 利用聲發(fā)射信號(hào)的參數(shù)分析方法來(lái)分析材利用聲發(fā)射信號(hào)的參數(shù)分析方法來(lái)分析材料在拉伸載荷作用下的損傷與失效過(guò)程

7、。料在拉伸載荷作用下的損傷與失效過(guò)程。美國(guó)物理聲學(xué)公司美國(guó)物理聲學(xué)公司PCI-II型聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)型聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)；WDT5000型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)；型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)；聲發(fā)射傳感器；聲發(fā)射傳感器；前置放大器；前置放大器；拉伸試件；拉伸試件；黃油，膠帶，游標(biāo)卡尺等黃油，膠帶，游標(biāo)卡尺等四、實(shí)驗(yàn)步驟與方法四、實(shí)驗(yàn)步驟與方法1將試樣的將試樣的 表面磨平，表面磨平，以保證試樣以保證試樣與傳感器能與傳感器能充分接觸。充分接觸。2. 打開(kāi)萬(wàn)能拉伸機(jī)電源，調(diào)節(jié)上下按鈕，打開(kāi)萬(wàn)能拉伸機(jī)電源，調(diào)節(jié)上下按鈕，將試樣安裝在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)用于拉將試樣安裝在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)用于拉伸實(shí)驗(yàn)的夾具上。伸實(shí)驗(yàn)的夾具上。3.

8、 將兩個(gè)聲發(fā)射感器通過(guò)黃油耦合在拉伸試件上，并用膠將兩個(gè)聲發(fā)射感器通過(guò)黃油耦合在拉伸試件上，并用膠帶等將傳感器固定，并用游標(biāo)卡尺量出聲發(fā)射傳感器帶等將傳感器固定，并用游標(biāo)卡尺量出聲發(fā)射傳感器之間的距離。之間的距離。 4. 打開(kāi)聲發(fā)射儀器的主機(jī)，調(diào)節(jié)好前置放大器的增益，打開(kāi)聲發(fā)射儀器的主機(jī)，調(diào)節(jié)好前置放大器的增益，打開(kāi)打開(kāi)AEwin測(cè)試軟件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定。測(cè)試軟件，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定。5. 儀器靈敏度測(cè)試：斷鉛聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，若信號(hào)振幅達(dá)到儀器靈敏度測(cè)試：斷鉛聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，若信號(hào)振幅達(dá)到近近90dB，說(shuō)明傳感器耦合良好，檢測(cè)靈敏。，說(shuō)明傳感器耦合良好，檢測(cè)靈敏。聲發(fā)射聲發(fā)射檢測(cè)系檢測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)傳感器傳感

9、器試件試件夾具夾具夾具夾具6設(shè)置聲發(fā)射參數(shù)的圖形顯示參數(shù)，包括聲發(fā)射事件計(jì)設(shè)置聲發(fā)射參數(shù)的圖形顯示參數(shù)，包括聲發(fā)射事件計(jì)數(shù)率、振幅分布、能量分布以及定位圖等數(shù)率、振幅分布、能量分布以及定位圖等 。9試樣材料斷裂、停止加載，同時(shí)停止聲發(fā)射信號(hào)的采試樣材料斷裂、停止加載，同時(shí)停止聲發(fā)射信號(hào)的采集。集。 7打開(kāi)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的控制軟件，選擇拉伸實(shí)驗(yàn)，設(shè)打開(kāi)萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的控制軟件，選擇拉伸實(shí)驗(yàn)，設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。8開(kāi)始對(duì)試驗(yàn)樣品加載，同時(shí)開(kāi)始聲發(fā)射信號(hào)的采集、開(kāi)始對(duì)試驗(yàn)樣品加載，同時(shí)開(kāi)始聲發(fā)射信號(hào)的采集、顯示、記錄并保存。顯示、記錄并保存。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)前要檢

10、測(cè)聲發(fā)射傳感器是否耦合好，傳感器的實(shí)驗(yàn)前要檢測(cè)聲發(fā)射傳感器是否耦合好，傳感器的型號(hào)是否一致，各傳感器連接的前置放大器的增益型號(hào)是否一致，各傳感器連接的前置放大器的增益是否設(shè)置相同。是否設(shè)置相同。2. 拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，以防夾具碰頭或超拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，以防夾具碰頭或超出實(shí)驗(yàn)范圍，損害傳感器。出實(shí)驗(yàn)范圍，損害傳感器。3. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，請(qǐng)不要隨意走動(dòng)，以免產(chǎn)生不必要的聲發(fā)實(shí)驗(yàn)時(shí)，請(qǐng)不要隨意走動(dòng)，以免產(chǎn)生不必要的聲發(fā)射信號(hào)。射信號(hào)。4. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，不要用手去碰聲發(fā)射傳感器、實(shí)驗(yàn)樣品以實(shí)驗(yàn)時(shí)，不要用手去碰聲發(fā)射傳感器、實(shí)驗(yàn)樣品以及拉伸機(jī)的夾具，以免產(chǎn)生干擾噪聲信號(hào)。及拉伸機(jī)的夾具，以免產(chǎn)生干擾噪聲信號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果形式五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果形式拉伸失效過(guò)程的載荷拉伸失效過(guò)程的載荷-位移曲線位移曲線六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 簡(jiǎn)述聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理。簡(jiǎn)述聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理。 2繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線，找出材料拉伸失效的幾個(gè)階段，如繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線，找出材料拉伸失效的幾個(gè)階段，如 彈性變形階段、屈服階段、應(yīng)變強(qiáng)化階段以及斷裂階彈性變形階段、屈服階段、應(yīng)變強(qiáng)化階段以及斷裂階 段，并標(biāo)注出各階段的起止應(yīng)力。段，并標(biāo)注出各階段