采用突变模型对在役16Mn钢承力件进行拉伸损伤的评估系统

摘要

本发明公开了一种基于声发射信息对16Mn钢承力件进行拉伸损伤评估的系统，该拉伸损伤评估系统包括有传感信息收集单元(1)、过滤单元(2)、声发射突变理论解析单元(3)和预警单元(4)。本发明采用声发射技术对16Mn钢承力件的拉伸过程进行监测，并采用突变理论对其状态改变进行判断、报警。应用本发明的监测结果能够判断16Mn钢承力件从拉伸弹性损伤状态向屈服损伤状态的转变，从而做出预警，减少装备及人员伤亡等损失。

主权项

1、一种基于声发射信息对16Mn钢承力件进行拉伸损伤评估的系统，其特征在于该系统包括有：一传感信息收集单元(1)，该单元一方面用于接收多个声发射换能器分别输出的传感信息S_n，另一方面对接收到的多路传感信息S_n进行模数转换后输出声发射信息f₁＝(e_S，A_S，D_S)给过滤单元(2)；一过滤单元(2)，该单元由数据滤波处理模块(21)和波形滤波处理模块(22)构成；数据滤波处理(21)对接收到的声发射信息f₁＝(e_S，A_S，D_S)进行参数滤波，滤掉电磁噪声和环境噪声后，提纯得到声发射拉伸损伤初步信息f₂＝(e₀，A₀，D₀)；然后波形滤波处理模块(22)对声发射拉伸损伤初步信息f₂＝(e₀，A₀，D₀)进行波形滤波，获得声发射拉伸损伤信息f₄＝(e，A，D_t)；在过滤单元(2)中的参数滤波处理模块(21)对声发射信息f₁的去除噪声处理关系为$f_1=\left\{\begin{array}{cc}{f}_2& (e_S>2)\cap (D_S>1\mathrm{\mu s})\cap (A_s>40\mathrm{dB})\\ f_3& (e_S\le 2)\cup (D_s\le 1\mathrm{\mu s})\cup (A_s\le 40\mathrm{dB})\end{array}\right.,$式中，f₂表示拉伸损伤初步信息，f₃表示电磁噪声信息；在过滤单元(2)中的波形滤波处理模块(22)对拉伸损伤初步信息f₂的去除噪声处理关系为$f_2=\left\{\begin{array}{cc}{f}_4& 60\mathrm{kHz}<F<500\mathrm{kHz}\\ f_5& (F\le 60\mathrm{kHz})\cup (F\ge 500\mathrm{kHz})\end{array}\right.,$式中，f₄表示拉伸损伤信息，f₅表示机械摩擦噪声信息，F表示损伤信号的频率，即60kHz～500kHz；一声发射突变理论解析单元(3)，该单元对接收到的声发射拉伸损伤信息f₄＝(e，A，D_t)采用了如下的处理步骤：步骤(A)，势函数的解析对多个声发射传感器分别输出的声发射拉伸损伤信息f₄＝(e，A，D_t)中的波形滤波能量e在势函数解析单元(31)中进行累积，获得累积能量E₃₁；累积能量E₃₁与势函数存在的关系为$E_{31}=-\frac{1}{4}{w}^4+\frac{1}{2}{\mathrm{uw}}^2+\mathrm{vw},$w表示沿z轴方向上的状态变量，u表示沿y轴方向上的控制变量，v表示沿x轴方向上的控制变量；$u=\frac{6{\left(\frac{a_3}{4a_4}\right)}^2{a}_4-\frac{{3a}_3^2}{{4a}_4}{a}_3+a_2}{\sqrt{\left|a_4\right|}},$式中，a₂表示累积能量E₃₁依据Taylor公式展开后的二次项系数，a₃表示累积能量E₃₁依据Taylor公式展开后的三次项系数，a₄表示累积能量E₃₁依据Taylor公式展开后的四次项系数；$v=\frac{-4{\left(\frac{a_3}{{4a}_4}\right)}^3{a}_4+3{\left(\frac{a_3}{{4a}_4}\right)}^2{a}_3-\frac{2a_2{a}_3}{{4a}_4}+a_1}{\sqrt[4]{\left|4a_4\right|}},$式中，a₁表示累积能量E₃₁依据Taylor公式展开后的一次项系数，a₂表示累积能量E₃₁依据Taylor公式展开后的二次项系数，a₃表示累积能量E₃₁依据Taylor公式展开后的三次项系数，a₄表示累积能量E₃₁依据Taylor公式展开后的四次项系数；步骤(B)，曲面构形分析依据步骤(A)中得到的累积能量E₃₁在曲面构形单元32中依据累积能量E₃₁的曲面表征为-w³+uw+v＝0进行平衡曲面构形；步骤(C)，临界点拾取单元对步骤(B)中获得的曲面图在临界点拾取单元(33)中进行降次分析-3w²+u＝0，从而拾取得到曲面图上的临界点；步骤(D)，判断单元对步骤(C)中获得的临界点在声发射突变单元(34)中进行突变理论执行准则Δ＝4u³+27v²判断，当Δ＞0，返回步骤(A)，重新执行下一轮的声发射突变理论解析；当Δ≤0，进入预警单元(4)；一预警单元(4)，该单元输出提示音实现报警。