声发射源信号强度的“逆源”问题研究

    0 引言

    在用压力容器声发射检测和评定的主要目的是确定容器上是否有活性缺陷、活性缺陷位置及严重度[1~4].因此,把利用检测和分析得到的有效信息反推声发射源的位置、强度和活性等称为具有工程意义上的声发射/逆源0问题./逆源0问题中的声源位置和活性可通过声发射检测分析仪的相关图显示出来,而声源信号强度则需要计算与分析.通过对板中弹性波的传播与衰减特性理论分析与实验研究,建立根据检测信号参量反推声源信号强度的关系式,为利用计算机软件对声源的严重度作出评价提供一种新的方法.

    1 声波衰减的原因分析

    根据声波的传播原理,随着传播距离的增加,其波前能量逐渐减弱,信号幅度降低,这种现象称为声波的衰减.引起声波衰减的因素主要有3个方面[1,5].

    1.1 扩散衰减

    声波在传播过程中,其作用面不断扩大,而声波的能量并未得到相应的补充,引起幅度的减小.这种衰减与声波的波型有关.对于球面波,其波阵面上质点的位移u(r)与声源距离r成反比,即

    式中r为波阵面到球心的距离.

    对于柱面波,其波阵面上质点的位移与声源距离的平方根成反比,即

    式中r为波阵面到柱轴的距离.

    1.2 散射衰减

    散射衰减是由声波传播介质的非均匀性造成的.实际传播介质并非是均匀的理想物体,因此,在晶体和非金属夹杂物共存的低合金高强度钢中,部分声波在非均匀介质中零星地、陆续地散开,而偏离声波的主体方向,引起声波的衰减.在这种情况下,声波的总能量并未减少,只是从指定的方向上看,声波越来越弱,这是金属材料的主要衰减因素之一.

    由于多粒子或不均匀性的散射问题相当复杂,到目前为止,人们对有关现象尚不能充分了解.但通过实验证明,散射衰减与吸收衰减都呈指数规律衰减,可以同下面的吸收衰减一并考虑.

    1.3 吸收衰减

    除上面两种声波衰减外,由于种种机理,声波不断损失能量,或者说波动形式的力学能量不断转换为其它种类的能量,在绝大多数情况下,转变成热能.这种类型的衰减现象被称为介质对声波的吸收,简称为吸收衰减.吸收衰减涉及多种物理现象,具体机理复杂,而各种物理现象常在不同的环境(如频率、温度等)中引起不同程度的作用.

    散射和吸收引起的(或两者共同引起)振幅衰减可表示为

ua(r) =u0exp(-a1r) (3)

    式中:ua(r)为距离声源r处弹性波的峰值振幅;u0为声源处初始弹性波峰值振幅;a1为衰减因子,它表达了声波随距离而减弱的程度.

    由于压力容器壳体所用的低合金结构钢是粘弹性的,又有大量二相粒子和夹杂物存在,所以衰减主要为散射衰减和吸收衰减.