铝合金疲劳试验的声发射滤波技术研究

　　0 引言

　　声发射 (Acoustic Emission，简称 AE) 是指物体在受到变形或外界作用时，因迅速释放弹性能量而产生瞬态应力波的物理现象。AE 的源机制是各种各样的，如固体内裂纹的形成和扩展 (裂纹的传播)、塑性变形、复合材料内基体或夹杂物的破裂、分层或纤维的断裂以及物质结构的变化 (包括相变) 等。不同的源机制对应不同的发射声波，因而也对应不同的AE 信号。尽管引起声发射的外部原因是多种多样的，但其共同点都是由于外部条件的变化 (应力、温度和电磁场等)，引起物体或结构某一局部或某些部分变得不稳定并迅速释放出能量。因此，AE 探测技术是检测材料损伤，特别是早期损伤的有力工具，也是对材料或结构状态进行动态监测的重要方法。铝合金疲劳试验是研究铝合金承受循环拉伸载荷作用引起的疲劳损伤累积从而导致结构最终失效的试验。声发射作为目前材料科学和工程研究的一个热点课题，具有灵敏度高、动态、实时检测等优点，本文采用声发射信号处理技术进行铝合金疲劳试验裂纹开裂和扩展的研究。

　　1 声发射信号处理技术

　　目前，声发射信号采集和处理的方法包括基于参数分析的声发射信号处理技术和基于波形分析的声发射信号处理技术两类。参数分析技术以多个简化的波形特征来表征声发射信号的特征，然后对其进行分析和处理。波形分析技术是根据所记录的时域波形(及与此相关的频谱和相关函数等) 来获取有关声发射源信息的一种方法。本文对参数分析预报疲劳裂纹萌生进行了研究。

　　由于 AE 传感器技术和仪器硬件技术的限制，早期的声发射仪器很少具备对 AE 信号进行瞬态波形捕捉和实时处理的能力，因此，参数分析方法在 AE 领域获得了最为广泛的应用，它基于谐振式 AE 传感器输出信号的参数来获取有关 AE 源的信息。常用的参数有振铃数、能量、事件、事件率、撞击 (或称波击) 数、上升时间、脉冲持续时间和幅度分布等，对任意两个或多个声发射特征参数进行相关分析，可以提高损伤判别的准确度。

　　2 铝合金试件疲劳试验

　　本次试验在铝合金试验件的疲劳过程中采集声发射信号，对两个试件应用不同的参数分析裂纹萌生和扩展，试件的尺寸和传感器布置如图 1 所示，试件宽30 mm，厚 6 mm，孔径 9 mm，2 个传感器 S1 和 S2，间距 91 mm，位于孔两侧，传感器型号为高保真宽带WD 型。疲劳试验在 MTS810-500 kN 电液伺服疲劳试验机 (Flex Test SE 控制系统) 上进行。试验机经过计量部门定期标定，静载误差小于 1%，动载误差小于 2%。试验采用轴向拉 - 拉加载方式，实验环境为室温大气环境，试验频率为 15 Hz。使用的仪器为美国 PAC 公司生产的 AEwin for Disp E1. 97 系统，前置放大器为美国 PAC 公司 2/4/6，AST 型 (Auto SensorTest，AST) 前置放大器。参数设置见表 1。