[发明专利]一种材料失效监测装置及其分类方法

说明书

本发明提供一种材料失效监测装置及利用该装置的分类方法，属于新材料力学性能测试与表征技术领域。该材料失效监测装置包括旋转平台，旋转平台的左侧设置有X射线发射仪，右侧设置有X射线探测器；旋转平台上设置有用于放置材料试样的加载装置，材料试样的表面设置声发射探测器，声发射探测器依次与信号放大器、声发射信号分析仪和电脑控制系统相连接；X射线探测器与电脑控制系统相连接。本发明通过光学与声学相结合，从材料内部测量到表面测量的失效监测装置，并利用该装置所采集的信号开展主成分分析和聚类分析，建立材料不同损伤模式与信号特征参数之间的内在联系，从而达到能够区分不同形式的失效模式以及各种损伤模式所占比例的目的。

技术领域

本发明属于新材料力学性能测试与表征技术领域，尤其涉及一种材料失效监测装置及其利用该装置的分类方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料在航空航天、汽车等高端装备领域广泛应用，由于其成分复杂，失效模式较多。现有关于颗粒增强金属基复合材料的失效分析都是基于宏观力学性能以及微观成分与断口分析等，对于颗粒增强金属基复合材料中颗粒如何失效、颗粒与基体界面如何失效等缺乏深刻的认识。其主要原因是缺少有效的实验装置和方法检测颗粒增强金属基复合材料失效过程，特别是对内部颗粒、界面和基体的失效过程进行监测。另外，颗粒增强金属基复合材料失效是一个多模式耦合过程，如何区分不同损伤模式以及何种损伤模式占主导地位都是目前装置和方法难以实现的。这阻碍了深入理解颗粒增强金属基复合材料力学性能，以及影响颗粒增强金属基复合材料服役安全。

发明内容

本发明的目的是：

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种材料失效监测装置，通过光学与声学相结合，从材料内部测量到表面测量的失效监测装置，并利用该装置所采集的信号开展主成分分析和聚类分析，建立材料不同损伤模式与信号特征参数之间的内在联系，从而达到能够区分不同形式的失效模式以及各种损伤模式所占比例的目的。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，本发明提供一种材料失效监测装置，包括旋转平台，所述旋转平台的左侧设置有X射线发射仪，右侧设置有X射线探测器；

所述旋转平台上设置有用于放置材料试样的加载装置，所述材料试样的表面设置声发射探测器，所述声发射探测器依次与信号放大器、声发射信号分析仪和电脑控制系统相连接；

所述X射线探测器与电脑控制系统相连接。

优选地，所述材料为多相复合材料。

优选地，所述多相复合材料为颗粒增强金属基复合材料。

优选地，所述电脑控制系统中的信号分析软件为MATLAB软件。

优选地，所述MATLAB软件包括X射线成像内部信息分析以及声发射信号时域和频域分析。

另一方面，本发明还提供了利用上述材料失效监测装置的分类方法，包括如下步骤：

S1通过X射线发射仪对原位加载样品进行三维扫描，得到样品加载前后内部变形与损伤信息，具体包括样品内部孔隙率分布、颗粒分布以及颗粒与界面结合情况；

S2利用声发射探测器接收样品受载时的声发射信号，并对声发射信号进行信号分析；

S3通过聚类分析结果结合三维内部信息识别颗粒、界面和基体的失效，区分不同形式的失效以及各种损伤模式所占比例。

优选地，S2中，信号分析包括对采集的时域信号进行主成分分析，找出影响材料失效模式的对应主成分，并对材料失效相关的主成分进行频域变换，得到不同主成分的频域特征。

优选地，频域变换方法包括傅里叶变换、短时傅里叶变换和希尔伯特变换。