2015毕业设计（论文）开题报告11081224胡启鹏

毕业设计（论文）开题报告

题目 钢材损伤声发射检测试验研究

专 业 名 称 测控技术与仪器

班 级 学 号 10081224

学 生 姓 名 胡启鹏

指 导 教 师 李秋峰

填 表 日 期 2015 年 3 月 1 日

一、选题的依据及意义：

随着工业技术快速发展，金属材料在工程中应用越来越普遍，对其性能、安全等也就有了更严格的要求，所以必须探明结构或构件其内部的缺陷以及其他的异常情况。对于检验技术，它的发展经历了从有损检测到无损检测两个阶段，有损检测，如机械检验中的硬度试验，冲击韧性试验等，在检验材料的过程都会带来较大负面影响甚至造成破坏的后果；无损检测技术其显著特点是不伤害检测材料而且不改变材料的使用性能等，所以被广泛应用在各种科研以技术及工程检测中。现阶段常用的无损检测技术有激光、超声波、射线和声发射。其中声发射技术开始于凯塞20世纪50年代，作为一种动态的无损检测方法，对动态缺陷相当敏感，特别适用于动态实时监测，如缺陷萌生、扩展等过程都能通过检测到的声发射及时发现，而且接收到的声发射应力波来自缺陷本身，所以可以获得有关缺陷丰富的信息，较其他无损检测方法灵敏度高。作为一种重要的无损检测技术，声发射检测现已广泛应用于航空、化工、铁路、汽车、建筑和电力等许多领域的金属结构或构件中，所以取得的金属材料研究成果通用性受到一定限制，故现阶段对金属材料的声发射研究还在不断的实验中以获取更为普遍的声发射规律，丰富声发射信息，便于以后通过声发射数据库对复杂情况下损伤的识别。几十年来的发展，尽管声发射技术得到广泛的应用，但现今声发射技术还是一门理论落后于实践的学科。对于损伤的检测主要还处于定性分析，而准确地对材料损伤进行定量分析还是一个待解决的问题。如果能基于损伤理论通过声发射特征参数建立金属材料通用性较好的模型，这对保障人民生命财产安全具有重大意义。

二、国内外研究概况及发展趋势：

现代声发射技术的发展史以20世纪50年代初德国学者Kaiser所做的研究工作为重要标志。当时，Kaiser把声发射和材料受力的力学过程紧密联系起来，发现材料在被重新加载的期间，当应力值未达到上次加载最大应力不产生声发射，材料的这种不可逆现象称为Kaiser效应。同时他还提出了连续型和突发型声发射信号的概念。随后Scnofiekd和Tatro等对声发射进行了大量试验研究，发现声发射信号来源于位错(塞积、滑移)和交错位移等材料的内部机制，且一定程度上受到表面状态对它的影响。到50/60年代，美国、日本和德国等许多国家的研究学者对不同材料和构件进行了大量的

研究试验，获取了各种材料的声发射源物理机制，并逐步将其推广到工程结构或构件材料的无损检测领域。其中很重要的一个标志就是Dunegan首次将声发射检测技术与压力容器的检测相结合，实现了声发射检测技术在压力容器的检测领域的实践运用。在声发射机理研究的同时，声发射仪器也不但更新进步。70年代初，Dunegan等人率先开展了现代声发射仪器的研制，为满足检测需要，他们将试验频率提高到lOOkHz-lMHz,这标志着声发射试验技术的重大进展。随着现代声发射仪器的不断研制及推广，声发射检测技术也逐渐由原来的实验室材料研究朝向大型结构现场监测等领域发展。20世纪80年代初，美国PAC公司成功实现将现代微处理计算机技术引入到声发射检测系统，同时开发了一系列多功能检测以及数据分析的软件。在此阶段声发射检测技术在储罐、管道以及金属和玻璃钢压力容器等重要领域开始进入工业化应用，应用甚广。90年代，美国物理声学公司(PAC公司)、德国Vallen公司和俄罗斯等仪器生产厂家分别研究开发并生产了功能强大的多通道声发射检测系统。该检测系统主要功能有：实时测量声发射信号特征参数；进行声发射源定位分析；一定程度实现声发射波形的观察、记录以及对波形进行频谱分析等。同时，由于这个系统的投入使用，声发射检测仪器也进入了一个把声发射信号特征参数和波形结合起来分析的发展阶段，不过该阶段仍以参数分析方法为主导。从80年代后期至今，声发射技术的研究以及对仪器设备的研制从未停滞。到现在，德国Vallen公司已经研发出了第五代多通道声发射检测仪器和相关配套的声发射信号处理软件包，这大大方便了对信号的分析、处理。可见，声发射仪器日趋更新，不断满足人们工程检测的需求。而对于声发射机理方面的理论研究比较少，但其实际运用性强、独特的检测优越性并不阻碍人们对它的应用。20世纪70年代初声发射检测技术引入我国，当时正处于我国断裂力学发展的高峰，研究工作者迫切希望通过声发射对裂纹开裂点进行预报和测量。中科院沈阳金属研究所、航天部44所、机械部合肥通用机械研究所、北京航空材料研究所、武汉大学、上海交通大学等一些科研院所和高校幵展了关于金属和复合材料等方面的声发射特性研究。对声发射特性研究取得一定经验后，80年代初，国内研究学者开始尝试把声发射检测技术应用实际工程的检测中，当时主要考虑应用到压力容器等工程结构的检测，但限于当时声发射仪器性能和信号处理技术的不足，以及人们对声发射源内部性质和声发射信号在介质中传波特性等知识的缺乏，声发射检测技术在我国的应用陷入一个低谷期。80年代中期，随着我国锅炉压力容器检测研究中心和其它许多科研单位从美国PAC公司引进先进的声发射仪器，我国声发射检测技术的研究和应用领域不断扩大，技术水平也大幅度提高，我国声发射检测技术发展从此走向新的发展高峰。20世纪90年代至今，声发射检测技术在我国以实际应用为目的，其研究工作和应用推广发展迅猛，声发射技术发展水平基本接近世界先进水平。目前，我国声发射检测技术己经在许多领域得以广泛的研究和应用，如石油、航天、冶金、煤炭、

电力、建筑、交通、机械制造与加工等。

三、研究内容及实验方案： 1. 研究内容

本文的目的在于研究不同材料类型、不同受力状态下的金属材料声发射特性，以及在此研究基础上选择合理的声发射特征参数建立金属材料损伤模型，通过分析验证试验所得到的结果，获得一些有益的结论。其主要内容包括： (1)对标准板材试件拉伸破坏的声发射特性进行了研究； (2)研究了Q235钢典型板材试件拉伸过程的损伤定位； (3)对Q235钢梁试件三点弯曲的声发射特性进行了研究；

(4)在声发射特性研究的基础上，选择声发射累积振铃计数作为参考参数建立金属材料损伤模型并设立验证试验。

2. 试验方案 2.1 试验设备

本试验试验装置主要包括：材料试验机、声发射检测仪器、声发射传感器，2/4/6前置放大器。

2.2 试样制备

试验材料选用Q235钢和铸铁，试件的制作均根据GB/T 228-2008的附录D制作标准试件（试件编号P010)，相关尺寸见图3-2。其中Q235钢和铸铁无预制缺口试件各两件，其编号分别为BC(Q235)-0(M)1～02、BC(ZT)-00-01～02。

2.3 试验方法

(1)安装试件：将试件安装在材料试验机上，为隔离或减少摩擦信号的传递对试验的干扰，在试件与夹具接触面处衬垫橡胶；先夹紧试件下端。

(2)布置传感器 (3)连接声发射仪器 (4)测定背景噪音

(5)声发射试验参数设定

(6)材料试验机对力清零然后夹紧试件上端，按下保护键，10s后启动材料试验机，预加载荷0.5kN (釆用力控制，100N/S)后保载5s然后幵始声发射仪信号釆集，实现试验机和声发射仪两个系统的同步，其后续加载按照预定加载速度加载3mm/min (铸铁试件0.5mm/min)，并设定最大位移为60nini停止，保持整个拉伸过程连续直到试件拉伸破坏。

(7)试验结束关闭材料试验机和声发射仪，提取相应数据进行分析。

四、目标、主要特色及工作进度 1. 研究目标

研究标准板材试件拉伸破坏的声发射特性。分别考虑了铸铁和Q235钢两种材料类型，并且对Q235钢还分三类试件（无预制缺口、8mm和12.5mm长度预制缺口）进行了声发射特征参数分析、关联图分析以及频谱分析来获取不同外界因素下（即不同材料类型、不同受力状态）的声发射特性。

研究Q235钢典型板材试件拉伸过程的损伤定位。结果表明，用幅度定位不仅能满足定位精度，而且一定程度上反应出声发射源的一些特性。

2. 主要特色 3. 工作进度

2015.2.24～2014.3.1 前期资料收集、调研 2015.3.2～2014.3.17 撰写开题报告，开题 五、参考文献

[1]全国特种设备无损检测人员资格鉴定考核委员会. 声发射检测 2004.8.

[2]刘国光，程青蟾.声发射技术及其在金属材料领域的应用[J].上海金属，2001.

[3]马大猷.现代声学理论基础[M].北京:科学出版社，2004.

[4]沈功田，张万岭.压力容器无损检测技术综述[J].无损检测，2004.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yqlv.html