机械设备故障诊断讲稿＿＿声发射监测技术

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1、机械设备故障诊断讲稿—声发射监测技术声发射技术是根据结构内部发出的应力波来判断结构内部损伤程度的i种动态无损检测技术。由于该方法能连续监视结构内部损伤的全过程，因此得到了广泛应用。一、声发射监测的基本原理在日常生活中，人们会注意到，折断竹杆可以听到孵啦的断裂声，打碎玻璃可以听到清脆的破碎声，水开时可以听到对流声，这些都是人耳可觉查到的声发射现象。通常，人们把物体在状态改变时自动发出声音的现彖称为声发射。其实质是物体受到外力或内力作用产生变形或断裂时，就以弹性波形式释放能量的一种现彖。由于声发射提供丁材料状态变化的有关信息，所以可用于设备的状态监测和故障诊断。声发射

2、源往往是材料损坏的发源地。由于声发射源的活动常在材料破坏之前很早就会出现，因此可根据材料的微观变形和开裂以及裂纹的发生和发展过程所产生声发射的特点及强度来推知声发射源目前的状态(存在、位置、严重程度)，而且可知道它形成的历史，并预测其发展趋势。这就是声发射监测的基本原理。二、声发射监测具有以下持点：(1)声发射监测可以获得有关缺陷的动态信息。结构或部件在受力情况下，利用声发射进行监测，可以知道缺陷的产生、运动及发展状态，并根据缺陷的严垂程度进行实时报警。而超声波探伤，只能检测过去的状态，属于静态情况下的探伤。(2)声发射监测不受材料位置的限制。材料的任何部位只要有

3、声发射，就町以进行检测并确定声源的位置。(3)声发射监测只接收由材料本身所发射的超声波；而超声波监测必须把超声波发射到材料屮，并接收从缺陷反射冋来的超声波。(4)灵敏度高。结构缺陷在萌生Z初就冇声发射现象；而超声波、x射线等方法必须在缺陷发展到一定程度Z后才能检测到。(5)不受材料限制。因为声发射现象普遍存在于金属、塑料、陶瓷、木材、混凝土及复合材料等物体中，因此得到广泛应用。rh于声发射具有以上特点，因此得到了科学家和工程技术人员的重视。美国在1964年就研制成功一套实用的声发射监测系统，并用于火箭发动机壳体水压试验的监测。我国在70年代初期开始研究声发射技术。

4、目前在材料研究、压力容器评价、飞机构件监测等方面取得明显的效果，期望它在今后得到更大的发展。三、声发射信号的基本特征我们知道，声发射是物体受到外部条件作用使其状态发生改变而释放出来的一种瞬时弹性波。其波形可分为连续型和突发型两类，如图1所示。充压系统的泄漏、材料的屈服过程、液压机械和旋转机械的噪声等都是连续型声发射信号。连续型声发射信号的特点是：波幅没冇很大的起伏，发射频度高而每次发射能量小。金属、复合材料、地质材图1声发射信号的典型波形料等裂纹的产生和扩展，材料受到冲击作用等都会产生突发型声发射信号。突发型信号表现为脉冲波形，脉冲的蜂值可能很大但衰减很快。需要指

5、出，把声发射信号分为连续型和突发型并不是绝对的。当突发型信号的频度人时,其形式类似于连续型。另外，实际测得的声发射信号非常复杂，可能是两类基木信号复介的结果。实验表明，声发射信号通常具有如下一些特征：(1)声发射信号是上升时间很短的振荡脉冲信号，上升时间约为IO"〜10一8$,信号的重复速度很髙。(2)声发射信号有很宽的频率范围，通常从次声频到30MHzo(3)声发射信号一般是不可逆的，就是说声发射信号具冇不复现性。同一试件在同一条件下产牛的声发射只有一次，这就是所谓的凯塞(Kaiser)效应，如图2所示。图2Kaiser效应示意图从图屮可看出，对试件开始加载时，

6、有声发射产生。卸去载荷第二次加载时，在载荷没有超过第一次加载的最大载荷时无声发射信号，只令当第二次加载的载荷达到并超过第一次最大裁荷值时，才开始产牛声发射，这一现象称为声发射的不可逆效应。该现象是山材料变形和裂纹扩展的不对逆性决定的。但应指出，如果两次加载的方式和方向不同，则Kaiser效应就不存在。另外，有些材料(如木材)的Katser效应没冇永久的效果，放置一•段时间后内部结构发牛变化，会使声发射恢复。(4)声发射信号的产生不仅与宏观因素有关，1何且与一系列微观因素有关。由于影响因素复杂，致使声发射信号具有随机性，对同一类试件在同一条件下进行观测，所得数据的分

7、布范围可能差异较大。“(5)声发射信号的机理各式各样，FL频率范围又很宽，使声发射信号具有一定的模糊性。声发射信号的上述特性主要山材料的强度、应变速率、晶体结构、温度等决肚。四、声发射信号的检测与处理我们知道，声发射是材料内部产生的局部瞬变现象，声发射信号的特点是单个事件的持续时间很短，通常在0.01〜100“s范围内。声发射信号的上升时间一般在儿十到儿白毫微特刽吹"«■••1秒范围内。rh于声发射是在试件表面上产牛的垂直位移约为KT?〜i(「S,因此，声发対检测系统应具有高的检测灵敏度和宽的动态范围且背景噪声应尽可能低。声发射信号的表征参数如图3所示。声发射事件

8、一一一个声