[發明專利]聲發射監測裝置及其對材料結構的疲勞損傷分析方法

在審

• 申請號: 202010585531.7
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111999391A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 李建宇;賈中匯;水桃濤
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 李文洋

本發明涉及無損檢測技術領域，尤其涉及一種聲發射監測裝置，包括聲發射傳感器、開關控制器、前置放大器、AD轉換器、D矩陣生成程序、概率空間分解器以及損傷狀態軌跡生成器。本發明適用于機械、土木和其他類似的承重結構對固體結構在交變應力下的隨機損傷響應的評估。

技術領域

本發明涉及無損檢測技術領域，尤其涉及一種聲發射監測裝置及其對材料 結構的疲勞損傷分析方法。

背景技術

當下，聲發射裝置和技術廣泛應用于材料和結構性能的表征和評價。這些 應用中涉及的最復雜的是，隨著載荷的增加以及材料和結構服役壽命的延長， 各種損傷事件的發生具有隨機性。目前，利用聲發射傳感器采集的信號中各個 特征參數已經可以進行相關的應用，如幅度、能量、頻率、持續時間、上升時 間、信號計數(振鈴計數)、事件數目和波形等。例如，聲發射事件的計數、幅 度和能量與裂紋擴展相關；聲發射的頻譜與復合材料的各種失效機制相關；對 聲發射事件進行計數可以表示損傷的強度。利用這些特征參數，最終是為了是 揭示隨機損傷與材料屬性的變化在施加應力作用下的相互關系。

在這種情況下，損傷與結構材料是相輔相成的，這是上述相互關系的關鍵 所在。損傷的存在導致材料內部應力的重新分布。重新分布的應力反過來又加 劇了損傷過程，進一步削弱了結構材料的完整性，又導致了其應力強度的改變。 損傷和應力之間的相互作用最終成為一系列連續的相互聯系的過程，最終導致 材料與結構的斷裂。

在這些過程中，材料與結構在交變應力下所產生的損傷是高度隨機的，這 使得材料和結構的力學性能的表征和評估變得復雜。因此，需要一種能夠表征 材料與結構損傷狀態演化過程的裝置及方法。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種聲發射監測裝置及其 對材料結構的疲勞損傷分析方法。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種聲發射監測裝置，包括 聲發射傳感器、前置放大器、AD轉換器、D矩陣生成程序、概率空間分解器以 及損傷狀態軌跡生成器；所述聲發射傳感器安裝在材料結構的外表面用于接收 聲發射信號；

所述前置放大器用于對所述聲發射信號進行放大；

所述AD轉換器用于將獲得的放大的聲發射信號轉換為數字信號；

所述D矩陣生成程序用于從采集的數字信號數據中提取其特征參數，來構 建一個能夠表征微損傷能量尺度特征和時間序列特征的二維多元隨機損傷變量 D矩陣；

所述概率空間分解器用于計算所述D矩陣的概率空間；

所述損傷狀態軌跡生成器用于計算概率熵并生成損傷狀態軌跡。

一種利用所述聲發射監測裝置對材料結構的疲勞損傷分析方法，包括以下 步驟：

步驟一、為受載結構應用一種層次化的試驗；

步驟二、在結構表面放置至少一個聲發射傳感器，采集其在損傷累計過程 下的海量聲發射信號；

步驟三、從采集的聲發射信號數據中提取其特征參數來構建一個能夠表征 微損傷能量尺度特征和時間序列特征的多元隨機損傷變量D矩陣；

步驟四、計算上述D矩陣的概率空間；

步驟五、計算上述概率空間的概率熵并將概率熵與施加的應力相關聯得到 熵-應力關系；

步驟六、根據所述熵-應力關系的熵值來評價所述材料結構的損傷狀態。

優選地，步驟一中，所述試驗為基于一定量疲勞損傷后對材料結構進行單 軸準靜態拉伸。

優選地，步驟三中，生成D矩陣包括對多個參數有關的D矩陣的生成，這 些參數包括：施加的載荷、位移、應力、時間序列中的一種。在本發明中，使 用施加應力作為該參數。