16Mn钢焊接部位疲劳损伤状态识别系统

摘要

本发明公开了一种基于SNF策略和DSD策略的16Mn钢焊接部位疲劳损伤状态识别系统，该系统包括有多个声发射换能器、多路前置放大器、一个声发射仪和疲劳损伤无损检测单元；疲劳损伤无损检测单元包括有SNF过滤模块、样本抽取模块、神经网络预测模块和DSD疲劳损伤识别模块；SNF过滤模块包括有SNF能量滤波处理模块、SNF幅值滤波处理模块和SNF波形滤波处理模块。该状态识别首先采用SNF策略对多路声发射换能器采集得到的信息进行多维滤波，并采用人工神经网络方法对滤波后的信号进行训练和预测，获得16Mn钢焊接部位的疲劳损伤参数；然后采用DSD策略对神经网络输出结果进行判定，确定被测件的疲劳损伤状态。该系统在工作状态下，能够对在役16Mn钢焊接部位的疲劳损伤参数进行拾取，对不同损伤状态进行识别，并对识别出的结果作出预警。

主权项

1.一种基于SNF策略和DSD策略的16Mn钢焊接部位疲劳损伤状态识别系统，该系统包括有多个声发射换能器（4）、多路前置放大器（3）、一个声发射仪（2），其特征在于：还包括有一个16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）；16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）内嵌在声发射仪（2）的存储器中；16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）包括有SNF过滤模块（11）、样本抽取模块（12）、神经网络预测模块（13）和DSD疲劳损伤识别模块（14）；SNF过滤模块（11）包括有SNF能量滤波处理模块（11A）、SNF幅值滤波处理模块（11B）和SNF波形滤波处理模块（11C）；声发射换能器（4）与前置放大器（3）为配套使用，即每一个声发射换能器（4）的输出端与一个前置放大器（3）的输入端连接，每一个前置放大器（3）的输出端连接在声发射仪（2）的信息输入接口上，该信息输入接口用于接收多路突发型放大信息f_S；声发射换能器（4），用于采集在役16Mn钢焊接部位上的突发型信息S_n；前置放大器（3），用于对接收到的突发型信息S_n进行放大40dB后成为突发型放大信息f_S；声发射仪（2），一方面用于对接收到的突发型放大信息f_S经A/D转换后成为数字突发型信息f_S1＝(e_S,A_S,C_S,D_S,V_S,K_S)输出给16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）；另一方面对接收到的疲劳损伤识别信息D输出给显示屏（2A）进行实时显示；所述数字突发型信息f_S1＝(e_S,A_S,C_S,D_S,V_S,K_S)中e_S表示能量、A_S表示测量幅度、C_S表示振铃计数、V_S表示振铃计数率、K_S表示波形峰度、D_S表示持续时间；16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）的SNF过滤模块（11）采用SNF策略对接收到的数字突发型信息f_S1＝(e_S,A_S,C_S,D_S,V_S,K_S)进行滤波，得到声发射疲劳损伤信息f_S2＝(e,A,C,D,V,K)；16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）的样本抽取模块（12）从声发射疲劳损伤信息f_S2＝(e,A,C,D,V,K)中选取训练样本输入层信息I_ID,s＝[e_ID,tp,sA_ID,tp,sC_ID,tp,sD_ID,tp,sV_ID,tp,sK_ID,tp,s]和待诊断样本输入层信息I′_ID,s＝[e′_ID,tq,sA′_ID,tq,sC′_ID,tq,sD′_ID,tq,sV′_ID,tq,sK′_ID,tq,s]，并将其输入至神经网络预测模块（13）中；所述训练样本输入层信息I_ID,s＝[e_ID,tp,sA_ID,tp,sC_ID,tp,sD_ID,tp,sV_ID,tp,sK_ID,tp,s]中e_ID,tp,s表示训练累积能量、A_ID,tp,s表示测量幅度、C_ID,tp,s表示训练累积振铃计数、D_ID,tp,s表示训练累积持续时间、K_ID,tp,s表示波形峰度、V_ID,tp,s表示振铃计数率、ID表示声发射换能器的代码、tp表示训练样本的选取时间、s表示声发射换能器的类型；所述待诊断样本输入层信息I′_ID,s＝[e′_ID,tq,sA′_ID,tq,sC′_ID,tq,sD′_ID,tq,sV′_ID,tq,sK′_ID,tq,s]中e′_ID,tq,s表示诊断累积能量、A′_ID,tq,s表示诊断累积测量幅度、C′_ID,tq,s表示诊断累积振铃计数、D′_ID,tq,s表示诊断累积持续时间、K′_ID,tq,s表示波形峰度、V′_ID,tq,s表示振铃计数率、ID表示声发射换能器的代码、tq表示待诊断样本的选取时间、s表示声发射换能器的类型；16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）的神经网络预测模块（13）对I_ID,s＝[e_ID,tp,sA_ID,tp,sC_ID,tp,sD_ID,tp,sV_ID,tp,sK_ID,tp,s]和ID_ID,s＝[D′_ID,tq,sA′_ID,tq,sC′_ID,tq,sD′_ID,tq,sV′_ID,tq,sK′_ID,tq,s]进行训练得到训练样本输出层信息O_ID,s=[dK_ID,tp,sdA_ID,tp,sdV_ID,tp,sB_ID,tp,s]；所述训练样本输出层信息O_ID,s=[dK_ID,tp,sdA_ID,tp,sdV_ID,tp,sB_ID,tp,s]中dK_ID,tp,s表示训练样本实际测得的应力强度因子幅，dA_ID,tp,s表示训练样本实际测得的疲劳裂纹长度，dV_ID,tp,s表示训练样本实际测得的疲劳裂纹扩展速率，B_ID,tp,s表示训练样本所处的疲劳损伤阶段；16Mn钢焊接部位疲劳损伤无损检测单元（1）的DSD疲劳损伤识别模块（14）对O_ID,s=[dK_ID,tp,sdA_ID,tp,sdV_ID,tp,sB_ID,tp,s]进行解析判断后输出焊接结构疲劳损伤识别信息W＝(O′_ID,s,m(B_i))，O′_ID,s表示待诊断样本输出层信息，m(B_i)表示识别诊断结果，该W＝(O′_ID,s,m(B_i))一方面回馈给声发射仪（2），另一方面输出给报警单元（5）进行显示；当待诊断样本输出层信息O′_ID,s=[dK′_ID,tp,sdA′_ID,tp,sdV′_ID,tp,sB′_ID,tp,s]中和dA′_ID,tp,s＜5.5mm和dV′_ID,tp,s＜5×10^-4mm/cycle时，即焊接部位处于疲劳裂纹萌生状态m(B₁)；dK′_ID,tp,s表示拟合得到的待诊断样本应力强度因子幅，dA′_ID,tp,s表示拟合得到的待诊断样本疲劳裂纹长度，dV′_ID,tp,s表示拟合得到的待诊断样本疲劳裂纹扩展速率，B′_ID,tp,s表示训练样本所处的疲劳损伤阶段；当待诊断样本输出层信息O′_ID,s=[dK′_ID,tp,sdA′_ID,tp,sdV′_ID,tp,sB′_ID,tp,s]中和5.5mm＜dA′_ID,tp,s＜11mm和5×10^-4mm/cycle＜dV′_ID,tp,s＜5×10^-3mm/cycle时，即焊接部位处于疲劳裂纹稳定扩展状态m(B₂)；当待诊断样本输出层信息O′_ID,s=[dK′_ID,tp,sdA′_ID,tp,sdV′_ID,tp,sB′_ID,tp,s]中和dA′_ID,tp,s＞11mm和dV′_ID,tp,s＞5×10^-3mm/cycle时，即焊接部位处于疲劳裂纹失稳扩展状态m(B₃)；焊接部位处于疲劳裂纹萌生状态m(B₁)、焊接部位处于疲劳裂纹稳定扩展状态m(B₂)和焊接部位处于疲劳裂纹失稳扩展状态m(B₃)称为识别诊断结果m(B_i)，识别诊断结果m(B_i)与待诊断样本输出层信息O′_ID,s共同作为焊接结构疲劳损伤识别信息W＝(O′_ID,s,m(B_i))输出到报警单元（5）以及显示屏（2A）。