材料损伤与断裂的声发射检测

1、拉伸载荷作用下材料损伤与断裂拉伸载荷作用下材料损伤与断裂的声发射实时检测的声发射实时检测1.1.了解声发射技术实时监测材料损伤与了解声发射技术实时监测材料损伤与 失效过程的基本原理失效过程的基本原理 。2.2.掌握声发射信号检测的操作方法。掌握声发射信号检测的操作方法。3.3.利用声发射信号的基本参数分析材料利用声发射信号的基本参数分析材料在外载荷作用下的损伤与断裂过程在外载荷作用下的损伤与断裂过程 。 一、实验目的一、实验目的二、实验原理二、实验原理人说话人说话树枝折断树枝折断地震等都是声发射现象地震等都是声发射现象! ! 声发射声发射(Acoustic Emission，简称，简称AE)是

2、指物体在形变或受外力作用下，是指物体在形变或受外力作用下，因迅速释放因迅速释放(弹性弹性)能量而产生瞬态应力能量而产生瞬态应力波的一种物理现象波的一种物理现象 。裂纹裂纹裂纹裂纹分层分层材料在外力作用下，形成裂纹、断裂、分层等形式的材料在外力作用下，形成裂纹、断裂、分层等形式的损伤时，也会发声，产生声发射信号！损伤时，也会发声，产生声发射信号！颗粒断裂颗粒断裂 但这些信号很微弱，人耳听不到，必但这些信号很微弱，人耳听不到，必须借助先进的设备来检测须借助先进的设备来检测分析研究分析研究声发射源声发射源材料中传播材料中传播传感器耦合传感器耦合传感器传感器前置放大器前置放大器声发射采集声发射采集信号

3、处理信号处理数据显示数据显示声发射检测的基本原理就是由外部条件声发射检测的基本原理就是由外部条件( (如力、热、电、如力、热、电、磁等磁等) )的作用而使物体产生并发射声信号，接收这些信号，的作用而使物体产生并发射声信号，接收这些信号，加以处理，分析和研究，推断材料内部状态或缺陷性质和加以处理，分析和研究，推断材料内部状态或缺陷性质和状态变化的信息。状态变化的信息。声发射检测的基本原理：声发射检测的基本原理：trtetiVpVtVt (时间)声发射信号的波形及其基本参数：声发射信号的波形及其基本参数：Vt-门槛值；门槛值；tr-上升时间；上升时间；Vp-振幅；振幅；Vt-门槛电压；门槛电压；t

4、e+ti-事件持续时间事件持续时间1.声发射计数声发射计数在事件持续时间在事件持续时间内，对一个事件内，对一个事件记一次数的方法记一次数的方法称为事件计数。称为事件计数。事件计数可以计事件计数可以计单位时间的事件单位时间的事件数目，称为数目，称为事件事件计数率计数率。也可以。也可以计从实验开始到计从实验开始到某一阶段的事件某一阶段的事件总数，称为总数，称为事件事件总计数总计数。 0200400600800100012001400160018002000050100150200250300 as-recieved TBCs AE event cout/NLoading time/s事件计数率事件

5、计数率AB氧化后氧化后C 事件计数的大小反映了与材料内部事件计数的大小反映了与材料内部损伤、断裂源的多少有关。损伤、断裂源的多少有关。2.振幅或能量分布振幅或能量分布020040060080010001200140016001800200030405060708090Time/sAmplitude/dBAs-recieved dttVRE021声发射信号的振声发射信号的振幅大小可以用来幅大小可以用来度量声发射信号度量声发射信号的能量。的能量。 3.声发射源的定位分析声发射源的定位分析22)(lvttsignx，左边先收到右边先收到1)(, 1)(tsigntsign22222222222222

6、2222/2/2/22)(/2/2/22)(xxyyyxyyxxyxtvhtttvhttvhvtsignytvhtttvhttvhvtsignxyxxABABCDXY(x, y) 本实验采用拉伸破坏实验与声发射无损本实验采用拉伸破坏实验与声发射无损检测相结合的方法来对材料损伤与失效检测相结合的方法来对材料损伤与失效过程进行分析过程进行分析1. 材料的拉伸实验以及应力应变曲线绘制。材料的拉伸实验以及应力应变曲线绘制。2. 声发射仪及其测试分析软件的操作。声发射仪及其测试分析软件的操作。3. 利用声发射信号的参数分析方法来分析材利用声发射信号的参数分析方法来分析材料在拉伸载荷作用下的损伤与失效过程

7、。料在拉伸载荷作用下的损伤与失效过程。美国物理声学公司美国物理声学公司PCI-II型声发射测试系统型声发射测试系统；WDT5000型电子万能材料试验机；型电子万能材料试验机；声发射传感器；声发射传感器；前置放大器；前置放大器；拉伸试件；拉伸试件；黄油，胶带，游标卡尺等黄油，胶带，游标卡尺等四、实验步骤与方法四、实验步骤与方法1将试样的将试样的 表面磨平，表面磨平，以保证试样以保证试样与传感器能与传感器能充分接触。充分接触。2. 打开万能拉伸机电源，调节上下按钮，打开万能拉伸机电源，调节上下按钮，将试样安装在万能材料试验机用于拉将试样安装在万能材料试验机用于拉伸实验的夹具上。伸实验的夹具上。3.

8、 将两个声发射感器通过黄油耦合在拉伸试件上，并用胶将两个声发射感器通过黄油耦合在拉伸试件上，并用胶带等将传感器固定，并用游标卡尺量出声发射传感器带等将传感器固定，并用游标卡尺量出声发射传感器之间的距离。之间的距离。 4. 打开声发射仪器的主机，调节好前置放大器的增益，打开声发射仪器的主机，调节好前置放大器的增益，打开打开AEwin测试软件，进行实验参数设定。测试软件，进行实验参数设定。5. 仪器灵敏度测试：断铅声发射实验，若信号振幅达到仪器灵敏度测试：断铅声发射实验，若信号振幅达到近近90dB，说明传感器耦合良好，检测灵敏。，说明传感器耦合良好，检测灵敏。声发射声发射检测系检测系统统传感器传感

9、器试件试件夹具夹具夹具夹具6设置声发射参数的图形显示参数，包括声发射事件计设置声发射参数的图形显示参数，包括声发射事件计数率、振幅分布、能量分布以及定位图等数率、振幅分布、能量分布以及定位图等 。9试样材料断裂、停止加载，同时停止声发射信号的采试样材料断裂、停止加载，同时停止声发射信号的采集。集。 7打开万能材料试验机的控制软件，选择拉伸实验，设打开万能材料试验机的控制软件，选择拉伸实验，设置相应的实验参数。置相应的实验参数。8开始对试验样品加载，同时开始声发射信号的采集、开始对试验样品加载，同时开始声发射信号的采集、显示、记录并保存。显示、记录并保存。实验注意事项实验注意事项1. 实验前要检

10、测声发射传感器是否耦合好，传感器的实验前要检测声发射传感器是否耦合好，传感器的型号是否一致，各传感器连接的前置放大器的增益型号是否一致，各传感器连接的前置放大器的增益是否设置相同。是否设置相同。2. 拉伸实验时，应设置限位开关，以防夹具碰头或超拉伸实验时，应设置限位开关，以防夹具碰头或超出实验范围，损害传感器。出实验范围，损害传感器。3. 实验时，请不要随意走动，以免产生不必要的声发实验时，请不要随意走动，以免产生不必要的声发射信号。射信号。4. 实验时，不要用手去碰声发射传感器、实验样品以实验时，不要用手去碰声发射传感器、实验样品以及拉伸机的夹具，以免产生干扰噪声信号。及拉伸机的夹具，以免产生干扰噪声信号。五、实验结果形式五、实验结果形式拉伸失效过程的载荷拉伸失效过程的载荷-位移曲线位移曲线六、实验报告要求六、实验报告要求1. 简述声发射检测的基本原理。简述声发射检测的基本原理。 2绘制应力应变曲线，找出材料拉伸失效的几个阶段，如绘制应力应变曲线，找出材料拉伸失效的几个阶段，如 弹性变形阶段、屈服阶段、应变强化阶段以及断裂阶弹性变形阶段、屈服阶段、应变强化阶段以及断裂阶 段，并标注出各阶段的起止应力。段，并标注出各阶段