基于声发射及自组织临界理论的热轧态和淬火态16锰钢承力件形变损伤评估系统

摘要

本发明公开了一种基于声发射及自组织临界理论的热轧态和淬火态16锰钢承力件形变损伤评估系统，该系统的原始波形信号提取单元（1）对多路传感信息S_n进行模数转换后输出声发射波形信息f_O(T)；形变损伤状态波形和自组织临界参数分析单元（2）对声发射波形信息f_O(T)进行分析，判断并输出形变损伤状态波形及自组织临界参数矩阵G＝[f_k(T),R,α]，形变损伤状态评定单元（3）对G＝[f_k(T),R,α]进行热轧态和淬火态16Mn钢承力件形变损伤状态评定，并输出形变损伤状态信息C(G)到预警单元（4）进行报警；本发明通过声发射技术及对热轧态和淬火态16Mn钢承力件进行监测，得到声发射信号表示的形变损伤状态信息，并评定形变损伤状态。

主权项

1.一种基于声发射及自组织临界理论的热轧态和淬火态16锰钢承力件形变损伤评估系统，其特征在于：该系统由原始波形信号提取单元（1）、形变损伤状态波形及自组织临界参数分析单元（2）、形变损伤状态评定单元（3）和预警单元（4）组成；其中，形变损伤状态波形及自组织临界参数分析单元（2）由形变损伤状态波形分析模块（21）、形变损伤状态幅值幂次分布系数分析模块（22）以及形变损伤状态幅值分布指数分析模块（23）组成；原始波形信号提取单元（1）对接收的多路传感信息S_n进行模数转换后输出声发射波形信息f₀(T)；形变损伤状态波形及自组织临界参数分析单元（2）对声发射波形信息f₀(T)进行分析，判断并输出形变损伤状态波形及自组织临界参数矩阵G＝[f_k(T),R,α]；f_k(T)为形变损伤状态波形类型，R为幅值幂次分布系数，α为形变损伤状态幅值分布指数；形变损伤状态评定单元（3）对形变损伤状态波形及自组织临界参数矩阵G＝[f_k(T),R,α]进行热轧态和淬火态16锰钢承力件形变损伤状态评定，并输出形变损伤状态信息C(G)到预警单元（4）；预警单元（4）接收到报警启动信号后，触发启动开关输出提示音；原始波形信号提取单元（1）第一方面用于接收多个声发射换能器分别输出的形变损伤状态的传感信息S_n，第二方面对接收到的多路传感信息S_n进行模数转换后，提取出每种损伤状态下的声发射波形信息f₀(T)，第三方面将声发射波形信息f₀(T)输出给形变损伤状态波形和参数分析单元（2）；所述声发射波形信息f₀(T)包括有声发射信号幅值和声发射能量$(\frac{E_{\min }+E_{\max }}{2},E_{\max });$在原始波形信号提取单元（1）对多路传感信息S_n进行提取获得每种形变损伤状态下的声发射波形信息f₀(T)所依据的关系为$A\in (\frac{A_{\min }+A_{\max }}{2},A_{\max })\cup E\in (\frac{E_{\min }+E_{\max }}{2},E_{\max });$形变损伤状态波形分析模块（21）对接收到的声发射波形信息f₀(T)进行分析判断，确定损伤状态波形类型f_k(T)；其中，f_k(T)为根据已知损伤状态波形确定的特定波形类型；第一类波形：对于热轧态和淬火态16Mn钢弹塑性损伤状态，波形类型为f_A(T)，其特征为具有较高的最大信号电压值，但强度会迅速衰减，整个信号呈突发型波形；第二类波形：对于热轧态和淬火态16Mn钢屈服损伤状态，波形类型为f_B(T)，其特征为最大信号电压值较低，但衰减也相对缓慢，整个信号时域范围内电压值变化不明显，整个信号呈连续型波形；第三类波形：对于热轧态和淬火态16Mn钢硬化损伤状态，波形类型为f_C(T)；f_C(T)波形与f_A(T)波形相同；形变损伤状态幅值幂次分布系数分析模块（22）对接收到的声发射波形信息f₀(T)进行信号幅值提取，确定声发射信号幅值A的形变损伤状态幅值幂次分布系数R；所检测到所有声发射事件数不为零的幅值共有n个，并根据幅值大小排列为A₁,A₂,…A_n；幅值幂次分布系数R定义为其中A_j表示A₁,A₂,…A_n中第j个幅值大小（j＝1,2,…n）；表示所有声发射事件数不为零的幅值平均值大小，即P_j为对数频次，即P_j＝log₁₀P(A_j)，其中P(A_j)表示幅值为A_j的声发射事件个数，无量纲；表示对数频次平均值，即无量纲；形变损伤状态幅值分布指数分析模块（23）对接收到的声发射波形信息f₀(T)进行信号幅值的提取，确定形变损伤状态幅值分布指数α；其中幅值分布指数$\alpha =-20\times \frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}(A_j-\bar{A})(P_j-\bar{P})}{\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(A_j-\bar{A})}^2},$无量纲；由形变损伤状态波形类型f_k(T)、形变损伤状态幅值幂次分布系数R及形变损伤状态幅值分布指数α共同构成了反映热轧态和淬火态16Mn钢承力件形变损伤状态波形及自组织临界参数矩阵G＝[f_k(T),R,α]；该形变损伤状态评定单元（3）根据接收到的形变损伤状态波形及自组织临界参数矩阵G＝[f_k(T),R,α]，并对其做出评定：根据形变损伤发生在热轧态还是淬火态16Mn钢部位以及损伤危害程度大小不同将形变损伤分为不同状态，当形变损伤状态波形及自组织临界参数矩阵G＝[f_k(T),R,α]中f_k(T)＝f_i(T)、R∈R_i及α∈α_i时，则评定为形变损伤状态C(G)＝i，C(G)为形变损伤状态信息，i为形变损伤状态类型，即该形变损伤的形变损伤状态为第i类；f_i(T)是第i类形变损伤的特定声发射波形类型，即形变损伤状态C(G)＝i时，有f_k(T)＝f_i(T)；R_i是第i类形变损伤的特定形变损伤状态幅值幂次分布系数，即形变损伤状态C(G)＝i时，有R∈R_i；α_i是第i类形变损伤的特定形变损伤状态幅值分布指数，即形变损伤状态C(G)＝i时，有α∈α_i；当形变损伤状态波形及自组织临界参数矩阵G＝[f_k(T),R,α]不满足状态评定条件f_k(T)＝f_i(T)、R∈R_i及α∈α_i时，作为野值加以剔除。