基于声发射的RT轨道机疲劳加载信号特征提取与分析

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【摘 要】本文在不同应力条件下对RT轨道机进行疲劳加载，采集RT轨道机从加载到断裂时的信号，对信号进行时域和频域分析观察信号特征对RT轨道机断裂原因进行探讨。

【关键词】疲劳加载；时域分析；频域分析

【Abstract】In this paper， under the condition of different stress fatigue load of RT rail machine， acquisition RT track machine from the load to the fault signal and about the signal in time and frequency analysis to observe the signal characteristics of RT rail machine and discuss the fault reasons.

【Key words】Fatigue loading； Time domain analysis； Frequency domain analysis

0 引言

材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射（Acoustic Emission，简称AE），有时也称为应力波发射。材料在应力作用下的变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。这种直接与变形和断裂机制有关的源，被称为声发射源。通过AE技术对波形信号的提取和处理，可以分析材料内部结构产生的细观变化、材料变形、变形扩大以及完全变形或断裂的宏观变化。上海振华港机rt轨道机经常断裂，本文通过声发射在疲劳加载情况下对RT轨道机断裂原因进行探究。

1 实验材料与装置

1.1 材料

本文研究对象为振华港机RT轨道机，焊缝有一道焊，二道焊，船型一道焊，二道焊等。

1.2 加载装置及检测装置

本实验在天津大学高频疲劳机SO3上对不同焊缝的金属试件进行疲劳加载，数据采集设备为美国物理声学公司（PAC）的数字声发射采集仪，传感器为谐振式传感器；频率范围50-200kHz；中心频率：150kHz；耦合剂：硅油脂。

2 实验准备

2.1 传感器布置

传感器布置及试件尺寸如下图所示：

2.2 仪器设置

打开声发射采集软件AEWin，对声发射仪器的硬件参数进行设置如下表所示：

其中声发射参数PDT，HDT，HLT分别代表峰值定义时间，撞击定义时间，撞击闭锁时间。波速度测定为：首先在试件两端各布置一个传感器，记录两个传感器之间的距离为S，然后连接声发射仪器的1，2通道，在1号传感器根部做断铅实验，在软件行显示中观察断铅信号到达2号传感器的时间为t，则波速度v=S/t。

2.3 灵敏度标定

传感器布置好后，在各个传感器根部做断铅实验，观察每个通道的幅值，若幅值达到90以上说明传感器正常，然后开始疲劳加载，打开声发射采集软件采集数据。

3 具体实验分析

由于数据量较大本报告只针对编号为6-22，焊缝为船型一道焊的试件进行分析，试件具体加载参数如下表所示：

3.1 具体参数分析

（1）加载过程声发射信号的幅值特性

由上图可以看出，1通道幅值为45db时撞击数最多，3，4通道幅值为50db时撞击数最多，均为刚过门槛值的撞击，高幅值的撞击很少。整个过程中1通道幅值大部分在60db以下，3，4通道在500s左右幅值大幅增加，可能是震动较激烈导致。

（2）加载过程声发射信号持续时间特性

从上图可以看出三个通道声发射信号在350s左右和500s左右持续时间较长，3、4通道较1通道持续时间幅值更大，在800s附近有小的凸起，在整个加载过程持续时间分布范围较广。

3.2 时域和频域分析

导出采集到的声发射信号为Excel格式，每个通道截取断裂前几分钟的数据，把这些数据汇总整理后进行分析，得到1，3，4通道时域和频域图如图4所示。

从图4我们可以看出断裂时域信号有冲击信号，频域大多集中在100K、250K频带范围左右这可能是噪声也可能是声发射信号，因此我们又对各个通道刚开始采集一分钟左右信号进行时域和频域分析，四通道图如图5所示。

由四通道图我们可以看出时域信号也有冲击信号，频域主要集中在100K和250K左右，其余两个通道与其类似，因此可大致判断100K和250K为噪声信号主要来源于试件与夹具的摩擦和机器噪声。

4 总结

由以上分析我们可以得出通过声发射对RT轨道机断裂过程进行分析，由于采集到的现场数据极其复杂，噪声信号过大，单纯的参数和时域频域分析不能分析出具体的信号特征，下一步我们应该寻找好的信号处理方法及算法。

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