[發明專利]一種可表征金屬細觀損傷變化的聲學測試平臺及測試方法

在審

• 申請號: 201910996811.4
• 申請日: 2019-10-19
• 公開（公告）號: CN110702788A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 張穎;叢蕊;王新穎;高俊偉;王雪琴;王茜
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/14;G01N3/08
• 代理公司: 23118 哈爾濱東方專利事務所
• 代理人: 曹愛華

本發明涉及的是一種可表征金屬細觀損傷變化的聲學測試平臺及測試方法，其中聲學測試平臺包括微力原位拉伸試驗加載機構、細觀損傷可視化觀察機構、微弱聲信號檢測機構，微力原位拉伸試驗加載機構由原位拉伸試驗平臺上設置微力原位拉伸機，微力原位拉伸機連接聲信號數據采集系統構成；細觀損傷觀察機構由高分辨率顯微鏡與高清數字攝像頭連接并設置于顯微鏡置物臺上構成；微弱聲信號檢測機構具有聲發射測試儀、前置放大器、微型傳感器，微型傳感器利用耦合劑耦合于被檢測拉伸試件表面，被測試拉伸試件兩端各固定一個微型傳感器。本發明在聲發射源信號突變的情況下結合原位拉伸下細觀損傷圖像的實時變化情況，有效建立聲信號參數和損傷機制的聯系。

技術領域：

本發明涉及的是基于聲發射技術檢測細觀損傷領域，具體涉及的是一種可表征金屬細觀損傷變化的聲學測試平臺及測試方法。

背景技術：

金屬材料廣泛應用于航空航天、汽車、橋梁、石化等行業。金屬材料在載荷與環境的共同作用下可能會發生各種形式的失效破壞，因結構失效導致的災難性事故數量在急劇增加。因此，掌握工程結構的失效機制，更好的減輕結構重量、提高載荷以及延長壽命，是工程技術領域持續關注的研究熱點。從金屬細觀損傷力學角度出發，探究金屬材料早期損傷機制，是目前常用的理論分析方法。但目前主要是定性分析金屬細觀損傷過程，不能定量的計算，這進一步阻礙了金屬細觀損傷模型的建立和對金屬材料早期損傷狀態的準確預測。

金屬早期損傷過程伴隨有聲發射現象的產生，通過建立一個金屬細觀損傷過程的可視化平臺，同時使用聲學測試技術記錄整個損傷過程的聲學數據，將“可視化”與“聲發射”兩者的有機結合可實現對金屬細觀損傷過程的記錄與描述，為建立準確的金屬細觀模型提供依據，本發明對于細觀損傷研究領域有著良好的應用前景。

發明內容：

本發明的一個目的是提供一種可表征金屬細觀損傷變化的聲學測試平臺，這種可表征金屬細觀損傷變化的聲學測試平臺用于解決現有技術中檢測存在發現機械設備損傷不及時，不能在缺陷產生初期發現金屬材料損傷的問題，本發明的另一個目的是提供可表征金屬細觀損傷過程的聲學測試平臺的測試方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種可表征金屬細觀損傷變化的聲學測試平臺包括微力原位拉伸試驗加載機構、細觀損傷可視化觀察機構、微弱聲信號檢測機構，微力原位拉伸試驗加載機構由原位拉伸試驗平臺上設置微力原位拉伸機，微力原位拉伸機連接聲信號數據采集系統構成；細觀損傷觀察機構由高分辨率顯微鏡與高清數字攝像頭連接并設置于顯微鏡置物臺上構成，高分辨率顯微鏡和高清數字攝像頭設置于微力原位拉伸機的上方；微弱聲信號檢測機構具有聲發射測試儀、前置放大器、信號線、兩個微型傳感器，微型傳感器利用耦合劑耦合于被檢測拉伸試件表面，被測試拉伸試件兩端各固定一個微型傳感器；聲信號數據采集系統、高清數字攝像頭、聲發射測試儀均連接計算機，聲發射測試儀為多通道聲發射測試儀。

上述方案中聲發射測試儀利用信號線與前置放大器相連，前置放大器與PICO微型傳感器連接，信號線采用BNC同軸信號線，前置放大器采用2/4/6-AST前置放大器，微型傳感器采用PICO微型傳感器。

上述可表征金屬細觀損傷變化的聲學測試平臺的測試方法，將聲學技術和數字圖像觀測技術相結合，在損傷發生的初期能及時通過聲信號反饋試件損傷情況，具體如下：

將表面達到金相觀察級別的處理過的拉伸試件固定于微力原位拉伸機，并將兩個微型傳感器分別固定于拉伸試件兩端，進行斷鉛實驗以測試微型傳感器靈敏度，微型傳感器合格后，啟動微力原位拉伸機的同時，開始記錄聲發射信號，并在計算機上觀察由數字攝像頭拍攝的試件表面細觀圖像；拉伸過程中，原位拉伸機控制加載速率，數字攝像頭錄制拉伸全過程試件表面細觀圖像，觀察并記錄拉伸過程中試件細觀損傷發生過程，解決了原位拉伸實驗不可再現的問題，同時記錄拉伸過程聲發射數據。通過對比不同時刻聲發射信號的特征，以及該時刻對應的試件表面細觀圖像變化情況，可建立金屬材料細觀損傷過程的聲發射量化表征模型，實現用聲發射測試數據對金屬材料細觀損傷的早期預報。