基于波形相关性与初至拾取修正的声发射源定位方法

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声发射(Acoustic Emission,AE)是无损检测和损伤评估中一种重要的方法,运用该方法能够有效检测出材料中正在发展的如变形、裂纹扩展等各种损伤形式所发出的瞬时弹性波,对结构可能发生的缺陷与故障进行预报,以保障设备和结构的安全运行。因此,声发射在故障实时检测方面具有广阔的发展前景。其中声发射源定位技术是寻找裂纹源的关键,其核心是通过接收的声发射信号,继而反推声发射源,即所谓“反向源”。
  本文在三片混凝土小梁上,先后利用断铅模拟与小梁加载两种方式所产生的声发射源,运用传统时差法、相关系数法、两步法、联合定位法,反求声发射源位置,评估该四种方法的定位表现。论文主要包括以下几个方面的工作:
  (1)本文讨论了现有的声发射源时差定位方法,并分析了针对声发射信号同源性识别与初至到时拾取的方法。同时,针对声发射源定位的问题,进行了定位精度影响因素分析,确定了非同源信号与初至到时拾取精度是声发射源定位过程中的主要影响因素。
  (2)为了研究基于声发射撞击波形的同源性信号识别方法,本文从声发射波形的相似性出发,采用计算波形相关系数的方法对混凝土声发射撞击信号的波形进行了波形相似性研究,通过设立相关系数阈值0.6作为同源性信号识别的标准,直观地反映了混凝土声发射撞击信号波形之间的相似程度。基于声发射事件内撞击波形的相似性模型,提出了基于波形相关系数的定位算法。
  (3)针对声发射定位过程中初至到时拾取精度的问题,本文采用变换时窗能量比法,通过统计不同时窗长度下的拾取结果,得到适合声发射信号的时窗长度,同时引入AIC信息技术,对能量比法的初步拾取结果进行精确拾取,提高了初至拾取的精确率,并提出了基于时差修正的能量比-AIC两步法。同时,对断铅实验和小梁加载实验中的声发射事件进行初至拾取计算,统计分析了在断铅实验中两步法定位结果不理想的原因。
  (4)从定性和定量的角度,结合相关系数法与两步法的优缺点,基于同源性信号并采用两步法精确拾取初至到时,提出了联合定位算法。
  (5)通过对混凝土小梁做网格断铅实验,验证了各定位算法的有效性与可行性;同时,对小梁开展单点加载实验,采用切割预裂缝的方法对加载过程中的裂缝开展方向进行控制,以便将定位结果与裂缝的实际位置作误差统计分析。
  通过以上研究工作,得到如下重要结论:时差不是影响声发射定位精度的最重要的因素,同源性信号识别应在声发射定位中被充分重视。单一的考虑修正时差或识别同源性信号,在提高声发射源定位精度方面有限,在今后的研究工作中要将两者相结合以最大程度上提高声发射源定位精度。
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