基于小波包变换的FRP容器爆破声发射信号分析-论文.pdf

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1、《装备制造技术))2014年第8期基于小波包变换的FRP容器爆破声发射信号分析郭福平’，蒋鹏，马济美(1．广东石油化工学院机电工程学院，茂名525000；2．东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318)摘要：对FRP复合材料容器进行水压爆破的力学性能实验，采集FRP复合材料容器在受压损伤和爆破过程中的声发射信号。基于小波包变换对复合材料容器爆破声发射信号进行时频对比分析，由能量在频段上的分布情况，得出爆破信号特征。关键词：声发射；FRP复合材料容器；小波包分析中图分类号：TN761文献标识码：A文章编号：1672-545X(2014)08—0015—04FRP复合材料

2、由于具有强度高、刚度大、质量轻、1．2实验准备抗疲劳陛和减振性好、耐高温、可设计等一系列优点，实验的加载设备为60MPa高压泵，采用美国近几十年来在航空航天、能源、机械、建筑等诸多领域PAC公司生产的声发射检测仪采集声发射信号。实验得到了广泛的应用2]。目前，由于对其可靠性要求越系统由R15传感器(8个)，2／4／6前置放大器，YJ一22来越高，该产品的结构完整性的非破坏检验成为急待静态应变仪，PCI一2声发射监测系统组成。用自制固定解决的问题圈。用声发射技术对纤维增强复合材料的器将传感器固定在试样上，并用铅芯断裂法(QJ2914—性能、断裂过程、破坏类型等方面的研究有独特的优9

3、7)进行了数据采集系统的标定。FRP复合材料容器水势[4～，本文也采用声发射技术对橡胶内衬FRP复合压实验系统如图2所示。容器表面粘贴有电阻应变片容器水压和爆破过程的声发射特性进行深入研究，采和传感器，应变点和传感器布置如图3所示。用小波包变换的方法对声发射信号进行处理。1实验材料及方法1．1试件材料及尺寸本次实验用试件由哈尔滨玻璃钢研究院提供。容器纤维选用S2高强玻璃纤维；复丝强度2700MPa；树脂为环氧树脂；丁腈橡胶材料内衬。试件参考图2实验系统标准GB／T6058—2005(纤维缠绕压力容器制备和内压实验方法制定》。试件的示意图及尺寸如图1和表11．3实验过程所示。采用高

4、压泵向容器注水加压，采用如图4所示表1曲面坐标值单位：mm的加载曲线加载。加载速度控制在1MPa／min以内，直到将容器加压至爆破，纪录最大爆破压力。X』0l13．5l18．7l22．5I25．5『28．0l30．0l31．7J33．2I34．4。电_＼＼0时问(m)图1复合容器尺寸图3实验容器应变点与传感器布置图4容器加载曲线图收稿日期：2014-05—03基金项目：黑龙江省普通高等学校化工过程机械重点实验室开放课题资助项目(编号：Hj201303)。作者简介：郭福平(1981一)，女，黑龙江富锦市人，硕士，讲师，主要从事声发射检测技术及故障诊断研究。15EquipmentMa

5、nufacturingTechnologyNo．8，20142基于小波包变换的FRP复合材料容器爆{lU2⋯()=、／2∑h(k)(2t—k)破声发射信号处理(4)I1+(￡)=、／2k∑g(k)Un(2t—k)∈2．1小波分析基本原理式中：小波理论是20世纪80年代中期突起的新方h(k)和g(k)分别是相互正交的高通滤波器和低法，它继承并发展了短时傅立叶变换的局部化思想，通滤波器的系数；g(k)=(一1)h(1-k)；是时间位置参数；巧妙地利用一个尺度参数，使窗函数的宽度随频率J是小波尺度参数；的增加而减小，分辨率也随之变化，符合对含有复杂凡是频率参数。频率成份的信号分析的要求

6、，而且，小波变换可以用2．3FRP复合材料容器爆破信号的小波包变换快速算法加以实现。小波变换是一种窗口大小固定根据声发射信号的特点及数据处理的要求，从但其形状可以改变，时间窗和频率窗都可改变的时FRP复合材料损伤声发射信号的时频分析角度，选频局部化分析方法，即具有“变焦距”的特点。在信号择DbN系列小波。DbN系列小波函数具有正交性，低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨小波函数和尺度函数的有效支撑长度为2N一1，消失率，在信号高频部分具有较高的时间分辨率和较低矩为2N。从信号的逼近能力人手，以相关系数作为的频率分辨率。相应的选取标准。当DbN系列小波的消失矩N取6定义平方

7、可积函数空间(R)，在函空间(时，该小波与FRP复合材料损伤声发射信号具有良中，选择一个母小波函数z()，使其满足约束条件：好的相关性，利用其进行小波包变换时，能够较好的保留信号中的有效成分，剔出了冗杂信息的干扰。将=Jdo)<∞(1)实验中采集到的损伤声发射信号用Db6小波基进行式中()为()的傅里叶变换，再对()进行伸4层小波包分解，得到(4，0)、(4，1)、⋯、(4，15)共l6个小波包重构信号分量。信号采样率为2MHz，可检缩与平移变换，可以得N4,波基函数。测信号频带