RDX晶体颗粒压制中的声发射现象

    引　言

    声发射(Acoustic Emission,简称AE)是指材料内部局部区域在外界激励下(如应力、温度或磁场等变化),以弹性应力波的形式释放出应变能的现象。声发射现象是一种非常普遍的物理现象,它的源机制丰富多样,如固体内裂纹的形成和扩展、塑性形变、晶体内位错的移动、孪晶边界的移动等。声发射的弹性应力波被传感器接收并经过系统处理后转变为某种形式的电信号,即声发射信号。由于声发射信号来自被检测样品,因此它包含了被检测材料的丰富信息,经过适当的处理即可得到有用的信息,用来检测和定位材料中的缺陷,以及判断缺陷的活动性和严重性等[1-4]。

    李明[5-7]等人采取对含能晶体颗粒集合体进行压制的方法,研究RDX等晶体的力学性能。在晶体压制过程中,颗粒间的相互摩擦、挤压,使得颗粒发生塑性变形、晶体内位错移动、内部产生裂纹甚至破碎,因此这一过程会产生丰富的声发射信号。这些信号能提供晶体的力学行为在整个压制过程中的变化等信息,有助于更准确地判断和理解压制过程中晶体的力学行为。为此,本研究在RDX晶体颗粒集合体压制的基础上,引入声发射检测装置,对整个压制过程进行监测,探索晶体颗粒的力学行为变化规律。

    1　实验方法

    1.1　声发射信号处理

    声发射信号处理方法可以分为参数分析法和波形分析法。在声发射技术发展初期,用得更多的是参数分析方法,目前参数分析法已经成为一种较为成熟的方法。常用的声发射信号特征参数包括幅度、能量、声发射事件计数(率)、波击计数(率)、振铃计数(率)、上升时间和持续时间等[8-9]。通过对这些特征参数的分析,能够获得材料或结构的内部信息。

    1.2　实验材料和条件

    实验材料选用经过重结晶处理过的RDX晶体颗粒。实验装置和加载条件见文献[5-7],声发射探头贴在装载晶体颗粒的套筒外壁上,并与声发射检测装置相连接。声发射装置采用美国PAC公司的Disp型24通道声发射仪。系统采样频率为10MHz,前放增益40dB。传感器滤波频宽为400Hz～2MHz,探头与模具套筒之间用硅酯作耦合剂。实验设定门槛值为40dB,峰值鉴别时间100Ls,波击鉴别时间200Ls,波击闭锁时间300Ls。

    2　结果与讨论

    由于晶体集合体内的颗粒数目众多,颗粒间摩擦、挤压产生的变形和断裂破碎等均能产生声发射信号,因此晶体集合体的声发射信号极为丰富,这在连续体材料的声发射监测过程中很少见到。

    重结晶RDX样品整个压制过程中的声发射信号幅度变化如图1所示。每一个点代表一个波击,点的位置高低表示幅度大小,点的密集程度反映了声发射事件的频度。可以发现,压制初期(500s之前)信号幅度集中在75dB以下,中期(500～2100s)大多数信号幅度集中在65dB以下,后期(2100s之后)又明显有高幅度的信号产生。幅值低于55dB的信号在整个压制过程中密集分布,55dB以上信号的密集程度大致呈现半哑铃状(横切),两端密集,中间比较稀疏。图1中的实线是压制过程施加的载荷随时间的变化曲线,可以发现,在中期,载荷随时间变化曲线非常不光滑,即载荷出现振荡。