木材损伤断裂过程声发射信号小波析取.pdf

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1、第36卷第3期河南科技大学学报：自然科学版VoI．36NO．32015年6月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceJun．2015文章编号：1672—6871(2015)03—0033—05木材损伤断裂过程声发射信号小波析取申珂楠，赵海龙，丁馨曾，李明(西南林业大学机械与交通学院，云南昆明653224)摘要：为了获取木材声发射信号波形，采用高速数据采集设备构建了一种多通道声发射信号采集系统，同时，基于LabVIEW软件设计了相应的信号小波包分析与处理系统。通过三点弯矩试验实

2、际测量多种木材试样损伤与断裂信号，最后，针对不同种类信号的频谱特性得出木材在损伤断裂过程中的特点，实现了对木材损伤断裂过程的在线监控。研究结果表明：三点弯矩试验过程中信号呈现3种形态，可根据不同形态信号分析得出木材具体损伤断裂过程的阶段。关键词：木材；声发射；LabVIEW；信号分析中图分类号：TN911．72文献标志码：A0引言声发射(AE)是指当材料受到外力或内力作用产生变形或断裂时，以瞬态弹性波形式释放出应变能的现象，也称为应力波发射。声发射信号以主动方式动态反应材料内部应力应变的产生和发展状况。木材作为唯一可再生天然材料，一直以来都受到广泛的关注和

3、应用。然而，由于木材内部结构复杂且受环境影响明显，在加工处理过程中，极易受内力或外力影响产生形变及开裂，进而导致物理性能下降。虽然木材表面的应变可以通过常规应变片方式检测，但是这些常规检测手段无法实时监测木材内部形变与开裂。无论木材表面还是内部发生变形或开裂时，都会产生相应的声发射信号，所以声发射技术成为极具潜力的木材动态损伤检测方法。通过AE技术对波形信号析取处理，可以分析材料内部结构产生的细观变化、材料变形、变形扩大以及完全变形或断裂的宏观变化。声发射技术以实时监测损伤过程为特点，能够在线监测裂纹的萌生和扩展过程，是一种有效地检查动态缺陷的无损检测方法

4、。自20世纪80年代以来，声发射技术就被用来检测木材加工、干燥、加载等情况下的应变状况¨。文献[4]应用声发射技术监测在静态疲劳扭转载荷下硬木材和软木材的失效过程，得出木材失效的变化过程。文献[5]利用声发射技术研究了陈旧木材微观破裂过程。文献[6]根据声发射计测值预测木材干燥开裂。文献[7]通过分析云杉试件的静态和动态压缩试验中的声发射信号特征，绘制云杉试件在不同应变率下的动态应力应变曲线。文献[8]建立了胶合板和贴面板在三点弯曲加载时的断裂损伤声发射监测系统。文献[9—10]采用参数分析方法研究山杨在动态载荷下的声发射信号演变过程。文献[11]分析了木

5、材薄切片在干燥过程中的声发射信号特点。木材损伤与断裂的过程中包含有丰富的声发射信号，可以反映木材内部应力变化以及内部损伤情况。目前，对于木材损伤与断裂的研究多数都在参数分析的层面。本文以云南常见板材滇杨为研究对象，利用声发射信号采集与分析系统对三点弯曲载荷作用下的破坏过程进行在线监测，利用波形分析法与频谱分析法，研究木材在损伤与破坏过程中的声发射信号与损伤断裂之间的关系特性。1木材损伤与断裂试验1．1测试对象与试验方式试验选用产于云南本地的常见成材树种滇杨，试验前将试样制成尺寸为300mm×20mm×20mm的试件，试件基本均匀，含水率约10％，两种材质类

6、型的试件分别制作30块。三点弯矩试验在万能力学试验基金项目：国家自然科学基金项目(31100424)；云南省教育厅科学研究基金项目(2013J018)作者简介：申珂楠(1988一)，男，河南洛阳人，硕士生；李明(1977一)，男，通信作者，江苏盐城人，副教授，博士，硕士生导师，研究方向为智能控制与算法．收稿日期：2014—09—29第3期申珂楠，等：木材损伤断裂过程声发射信号小波析取·35·之馨O0O0O02采集数据处理与分析呕0傩2．1木材受力过程的变化分析振幅是声发射信号波形的最大峰值幅度，通常用分贝(dB)表示。就力学观点而言，可以用幅值大小表示声发

7、射信号的能量，主要用于评价声发射信号的活动性大小。木材声发射信号的时域图反应了木材在受力过程中随着时间的变化幅值产生的改变量的大小，可以通过读取时域图来实现对声发射信号改变过程的分析。由木材弯曲过程中AE信号的完整54时域图(见图3)可以看出：木材声发射信32号在加载初期，信号微弱，有大量的信号1O．．．．．¨⋯J．I-产生，包括小范围的突发信号和一些较短一1—2⋯’IIlI。。。'—3的持续性信号。加载到30s附近时，出—4之馨—5现一系列逐渐增强性质的信号，最强信号-6OlO2O3O405O60708O90100110120的幅值达到2．77V，当继续

8、加载后，逐渐时间，s增强性质的信号消失，继续产生如开始阶段的信号，