[发明专利]一种使用信号能谱系数监测脆性材料损伤演化过程的方法

说明书

本发明涉及一种使用信号能谱系数监测脆性材料损伤演化过程的方法，属于材料损伤检测技术领域。其步骤为：①在待监测脆性材料上布置声发射传感器，采集声发射信号；②根据声发射信号的波形特征选取小波基；③对声发射信号进行2级小波包分解，分解成AA₂，DA₂，AD₂和DD₂4个频段信号；④计算AA₂频段信号的能谱系数P₁；⑤以20个声发射信号为滑动窗口，按采集次序依次选取20个声发射信号为一个窗口，计算每个窗口中P₁的平均值，并绘制P₁随窗口数的分布图；⑥根据P₁的变化状态监测所述待监测脆性材料损伤演化过程。本发明提出的方法可以定量获取材料内部细观结构变化的物理信息，实时监测脆性材料损伤演化过程。

技术领域

本发明涉及一种使用信号能谱系数监测脆性材料损伤演化过程的方法，属于材料损伤检测技术领域。

背景技术

脆性材料中往往存在着大量弥散的初始微裂纹，微裂纹损伤是脆性材料破坏的显著特征。微裂纹的萌生、扩展和汇合将导致材料逐渐劣化直至最终的破坏失效。材料的变形与破坏是一种能量耗散的不可逆过程，能量变化贯穿于材料变形破坏的整个过程。脆性材料中裂纹在萌生和扩展演化时，局部源快速释放能量产生瞬态弹性波，即声发射现象，声发射也称为应力波发射。声发射技术作为一种物理检测方法可以实时获取材料内部细观结构变化的物理信息。因此，声发射技术在脆性材料损伤检测领域具有广阔的应用前景。

不同的损伤模式对应的声发射信号具有不同的频率特征。声发射信号的小波包特征能谱系数能够有效地表征声发射信号的频率信息，在定量声发射分析方面扮演着重要作用。已有学者证实脆性材料损伤破坏过程中裂纹源的尺度与声发射信号的频率成反相关的关系。因此，基于声发射信号的能谱系数可以有效地判断裂纹的长度及危险程度，并监测脆性材料损伤演化过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用信号能谱系数监测脆性材料损伤演化过程的方法，该方法可以定量获取材料内部细观结构变化的物理信息，实时监测脆性材料损伤演化过程。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种使用信号能谱系数监测脆性材料损伤演化过程的方法，具体操作步骤为：

步骤一、在待监测脆性材料上布置声发射传感器，用于实时采集待监测脆性材料损伤破坏产生的声发射信号。

所述脆性材料为陶瓷类材料、岩石和混凝土。

步骤二、根据步骤一采集到的声发射信号的波形特征，选取小波基。

步骤三、使用步骤二选取的小波基，对步骤一采集到的声发射信号进行2级小波包分解，声发射信号由低到高被分解成4个频段信号，分别用符号AA₂，DA₂，AD₂和DD₂表示；其中，AA₂频段信号的频率范围为DA₂频段信号的频率范围为AD₂频段信号的频率范围为DD₂频段信号的频率范围为f_max为所述声发射信号的最大频率。

步骤四、计算AA₂频段信号的能谱系数，用符号P₁表示；具体步骤为：

步骤4.1：用公式(1)表示AA₂频段信号的小波包分解系数；用公式将(2)表示DA₂频段信号的小波包分解系数；用公式(3)表示AD₂频段信号的小波包分解系数；用公式将(4)表示DD₂频段信号的小波包分解系数；

S_1n＝{x_1,n,n＝1,2,...,i/4} (1)