[發明專利]一種基于聲音特征信息預測鎂合金試樣疲勞極限的方法及系統

在審

• 申請號: 201710187897.7
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107014705A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 閆志峰;董鵬;張紅霞;王文先;李程浩;賀秀麗
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 盧茂春

1.一種基于聲音特征信息預測鎂合金試樣疲勞極限的方法，其特征是一種通過采集鎂合金試樣承受疲勞載荷過程中內部存在的損傷，所伴隨的彈性波釋放，產生相應的聲音特征信號，經過分析相應的試驗得到試樣內部聲發射信號與循環次數以及載荷的關系，對材料加工硬化過程中的聲發射信號的能量值和疲勞載荷進行線性擬合，根據直線斜率的變化預測鎂合金試樣疲勞極限的方法，該方法的具體實施步驟如下：

一、試樣加工及試驗設備

1) 試樣加工

本試驗中使用的鎂合金疲勞試樣的加工均采用機械加工方法成形；

2) 試驗設備

疲勞試驗所用設備為SDS100電液伺服疲勞試驗機，試驗機最大靜態試驗力為±100kN；最大動態試驗力為 ±100 kN；測量精度在有效范圍為滿量程的4%-100%之間；動態載荷≤±3%或靜態載荷≤±1.0%；夾頭位移行程為±50mm；頻率范圍為0.01~50Hz，試驗所采用的載荷控制方式有位移、負荷、變形三種形式；

3) 聲發射數據采集系統為北京軟島公司生產的DS5-16B聲發射儀記錄試驗過程中的聲發射信號，試驗在室溫空氣介質中進行；

4) 試驗參數

疲勞試驗的循環特征系數為0.1諧振頻率為20Hz，載荷范圍為50-180MPa，鎂合金板材厚度為5mm，這種方法可以實現鎂合金及其焊接接頭疲勞壽命的預測；

二、試驗過程

試驗設備分為疲勞試驗系統（4）和聲發射系統（8）兩部分，疲勞試驗系統（4）包括鎂合金疲勞試樣夾具（1）、鎂合金疲勞試樣（2）和疲勞試驗控制裝置（3），聲發射系統（8）包括聲發射探頭（5）、聲發射信號接收系統（6）和聲發射信號處理系統（7），試驗時兩部分同時工作；

① 啟動疲勞試驗系統（4）進入電腦控制界面；

② 調整上、下兩個疲勞夾具（1）的方向，使試樣測溫面正對試驗人員，固定好疲勞夾具（1）；

③ 將采集聲發射信號的探頭固定在試樣（2）上，隨后將疲勞試樣（2）裝入夾具內，鎖緊；

④ 設置相關參數：試驗載荷50-180 MPa、應力比0.1、試驗電壓380 V保護設置位移±15 mm；

⑤ 打開聲發射系統（8），包括軟件系統和硬件系統；

⑥ 設置聲發射數據采集系統（6），其中包括數據彩集模塊，設置包括：采樣率、通道號、HDT、HLT、PDT；

⑦ 啟動疲勞試驗控制系統（3）開始疲勞試驗，同時通過聲發射系統8采集試驗過程中的聲發射信號；

⑧ 選取鎂合金母材及焊接接頭試樣分別在鎂合金疲勞極限值以上，循環次數大于10⁷次和疲勞極限值以下的不同應力下進行試驗采集聲發射信號；

⑨ 對鎂合金母材試樣在不同應力下的聲發射信號累積能量，用origin軟件進行線性擬合，兩直線交點對應力值為材料疲勞極限，用origin軟件將聲發射信號累積能量擬合得到的疲勞極限與常規試驗擬合得到的疲勞極限進行比較，判斷其測量準確性；

三、對實際試樣疲勞預測

針對鎂合金試樣在制造完成后初次使用狀態下，利用聲發射儀進行疲勞極限預測:

① 將試樣表面打磨干凈，用502膠水把聲發射設備的探頭粘在試樣上；

② 調試聲發射設備，確定在聲發射數據采集系統中不存在系統噪聲；

③ 設置聲發射數據采集參數，包括：采樣率、通道號、HDT、PDT、HLT等參數；

④ 開啟設備，使鎂合金試樣受載，同時利用聲發射儀采集材料內部產生的聲發射信號，當試樣斷裂后停止試驗；

⑤ 對采集到的數據進行濾波回放，分析聲發射參數中能量的變化；

⑥ 基于鎂合金母材試樣的試驗數據，獲得鎂合金材料疲勞時對應的聲發射信號參數中的能量值，確定鎂合金試樣疲勞極限。

2.權利要求1所述的一種基于聲音特征信息預測鎂合金試樣疲勞極限的系統，其特征在于，該系統主要由：鎂合金疲勞試樣夾具（1）、鎂合金疲勞試樣（2）、疲勞試驗控制裝置（3）、疲勞試驗系統（4）、聲發射探頭（5）、聲發射信號接收系統（6）和聲發射信號處理系統（7），聲發射數據采集系統(8)和綜合分析系統（9）組成，其中用于對鎂合金試樣進行疲勞試驗的疲勞試驗系統（4）是由鎂合金疲勞試樣夾具（1）、鎂合金疲勞試樣（2）和疲勞試驗控制裝置（3）組成，疲勞試驗控制裝置（3）是由SDS-100動靜疲勞試驗主機與SDS-100疲勞軟件控制系統組成，疲勞試驗系統（4）試驗得出不同應力下試樣循環次數，進而擬合最大應力與循環次數關系曲線S-N曲線，得出鎂合金疲勞疲勞極限；其中聲發射數據采集系統（8）由聲發射探頭（5）、聲發射信號接收系統（6）和聲發射信號處理系統（7）組成，聲發射信號處理系統（7）采用聲DS5-16通道全息聲發射信號分析儀數據處理軟件，聲發射數據采集系統（8）在疲勞試驗過程中，記錄疲勞試樣（2）在疲勞過程中的聲發射數據變化，綜合分析系統（9）應用origin軟件將聲發射數據采集系統（8）所得出的鎂合金疲勞極限，與疲勞試驗系統（4）得出的疲勞極限進行對比，判斷其測量準確性。