无损检测之声发射ppt课件.ppt

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1、6.4声发射检测6.4.1声发射检测的原理及特点1.声发射检测的原理声发射(AcousticEmission，AE)是指材料或结构受内力或外力作用产生形变或破坏，并以弹性波形式释放出应变能的现象。声发射是一种常见的物理现象，大多数材料变形和断裂时都有声发射现象产生，如果释放的应变能足够大，就产生可以听得见的声音，如在耳边弯曲锡片，就可以听见噼啪声，这是锡受力产生孪晶变形的声音。图6-69声发射技术基本原理声发射检测的主要目标是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④评定声发射源的严重性。一

2、般而言，对超标声发射源，要用其他无损检测方法进行局部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。2．声发射信号1）声发射源材料在应力作用下的变形与裂纹扩展是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，通常称为典型声发射源。近年来，流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，也被划到声发射源范畴，称为其他声发射源或二次声发射源。2）声发射信号的传播声发射源处的声发射波形，一般为宽频带尖脉冲，包含着声发射源的定量信息。然而，所测得的信号波形，由于介质的传播特性和传感器频响特性的影响而变得非常复杂，与原

3、波形有很大差异，从而大大地淡化了所测得波形特性参数的物理意义。因此，波的传播对波形的影响，是在实验条件设置、数据分析及评价中均需考虑的主要问题。（1）波的传播模式。声发射波在介质中的传播，根据质点的振动方向和传播方向的不同，可构成纵波、横波、表面波、板波等不同的传播模式。（2）波的反射、折射与模式转换。固体介质中局部变形时，不仅产生体积变形，而且产生剪切变形，因此将激起两种波，即纵波(压缩波)和横波(切变波)。当遇到不同介质的界面时会产生反射和折射，在全内反射时则会出现非均匀波；在半无限体自由表面上，一定的条件下还可转换成表面波

4、，见图6-70；厚度接近波长的薄板中，还会产生板波。图6-70波的反射与模式转换若在半无限大固体中的某一点产生声发射波，当传播到表面上某一点时，纵波、横波和表面波相继到达，互相干涉而呈现复杂的模式见图（见6-70)。与地震的情况一样，首先到达的是纵波，其次到达的是横波，最后到达的是表面波。在实际的声发射应用中，经常遇到的是像高压容器那样的厚钢板。声发射波在厚钢板中的传播方式如图6-71所示，波在传播过程中在两个界面上发生多次反射，每次反射都要发生模式变换。图6-71声发射波在厚板中的传播示意图图6-72波形的分离与持续时间/ms(

5、3)衰减。衰减是指波的幅度随传播距离的增加而下降的现象。引起声发射波衰减的三个主要机制为：波的几何扩展、材料吸收和散射。3）凯塞效应和费利西蒂效应（1）凯塞效应。材料受载时，重复载荷到达原先所加最大载荷以前不发生明显的声发射现象，这种声发射不可逆的性质称为凯塞效应。多数金属材料中，可观察到明显的凯塞效应。但是，重复加载前，如产生新裂纹或其他可逆声发射机制，则凯塞效应会消失。凯塞效应在声发射技术中有着重要用途，包括：在役构件的新生裂纹的定期过载声发射的检测；岩体等原先所受最大应力的推定；疲劳裂纹起始与扩展声发射的检测；通过预载措

6、施消除夹具的噪声干扰；加载过程中常见的可逆性摩擦噪声的鉴别等。图6-73费利西蒂效应（2）费利西蒂效应。对某些材料重复加载时，重复载荷到达原先所加最大载荷前发生明显声发射的现象，称为费利西蒂效应，也可认为是反凯赛效应。重复加载时的声发射起始载荷(PAE)对原先所加最大载荷(Pmax)之比，称为费利西蒂比(PAE／Pmax)。该效应的示意图如图6-73所示。费利西蒂比作为一种定量参数，可较好地反映材料中原先所受损伤或结构缺陷的严重程度，已成为缺陷严重性的重要评定判据。（2）费利西蒂效应。对某些材料重复加载时，重复载荷到达原先所加最大

7、载荷前发生明显声发射的现象，称为费利西蒂效应，也可认为是反凯赛效应。重复加载时的声发射起始载荷(PAE)对原先所加最大载荷(Pmax)之比，称为费利西蒂比(PAE／Pmax)。该效应的示意图如图6-73所示。费利西蒂比作为一种定量参数，可较好地反映材料中原先所受损伤或结构缺陷的严重程度，已成为缺陷严重性的重要评定判据。4）声发射信号分析声发射信号有突发型和连续型两种基本类型，见图6-74。突发型信号是指在时域上可分离的波形。实际上，所有声发射源的发射过程，均为突发过程，如断续的裂纹扩展、复合材料的纤维断裂等。不过，当声发射频度高

8、达时域上不可分离的程度时，就以连续型信号显示出来，如塑性变形声发射过程前期的信号、泄漏信号、燃烧信号等。在实际检测中，也会出现其混合型。对不同的信号类型，要采用不同的信号处理方法。近年来的通用系统，可同时采集两类信号。图6-74声发射信号类型(a)