[发明专利]一种基于声音特征信息预测镁合金试样疲劳极限的方法及系统

摘要

一种基于声音特征信息预测镁合金试样疲劳极限的方法及系统，属于镁合金材料力学性能研究的技术领域，其特征在于是一种通过采集镁合金试样承受疲劳载荷过程中内部存在的损伤，所伴随的弹性波释放，产生相应的声声音特征信号，经过分析相应的试验得到试样内部声发射信号与循环次数以及载荷的关系，对材料加工硬化过程中的声发射信号的能量值和疲劳载荷进行线性拟合，根据直线斜率的变化预测镁合金试样疲劳极限的方法及试验系统。采用本发明提出的镁合金疲劳极限测定的方法及试验系统能够准确快速地测定镁合金的疲劳极限，与传统方法相比，测量误差为8.05%，能够节省97%以上的试验时间，具有明显的先进性。

主权项

一种基于声音特征信息预测镁合金试样疲劳极限的方法，其特征是一种通过采集镁合金试样承受疲劳载荷过程中内部存在的损伤，所伴随的弹性波释放，产生相应的声音特征信号，经过分析相应的试验得到试样内部声发射信号与循环次数以及载荷的关系，对材料加工硬化过程中的声发射信号的能量值和疲劳载荷进行线性拟合，根据直线斜率的变化预测镁合金试样疲劳极限的方法，该方法的具体实施步骤如下：一、试样加工及试验设备1) 试样加工本试验中使用的镁合金疲劳试样的加工均采用机械加工方法成形；2) 试验设备疲劳试验所用设备为SDS100电液伺服疲劳试验机，试验机最大静态试验力为±100kN；最大动态试验力为 ±100 kN；测量精度在有效范围为满量程的4%‑100%之间；动态载荷≤±3%或静态载荷≤±1.0%；夹头位移行程为±50mm；频率范围为0.01~50Hz，试验所采用的载荷控制方式有位移、负荷、变形三种形式；3) 声发射数据采集系统为北京软岛公司生产的DS5‑16B声发射仪记录试验过程中的声发射信号，试验在室温空气介质中进行；4) 试验参数疲劳试验的循环特征系数为0.1谐振频率为20Hz，载荷范围为50‑180MPa，镁合金板材厚度为5mm，这种方法可以实现镁合金及其焊接接头疲劳寿命的预测；二、试验过程试验设备分为疲劳试验系统（4）和声发射系统（8）两部分，疲劳试验系统（4）包括镁合金疲劳试样夹具（1）、镁合金疲劳试样（2）和疲劳试验控制装置（3），声发射系统（8）包括声发射探头（5）、声发射信号接收系统（6）和声发射信号处理系统（7），试验时两部分同时工作；① 启动疲劳试验系统（4）进入电脑控制界面；② 调整上、下两个疲劳夹具（1）的方向，使试样测温面正对试验人员，固定好疲劳夹具（1）；③ 将采集声发射信号的探头固定在试样（2）上，随后将疲劳试样（2）装入夹具内，锁紧；④ 设置相关参数：试验载荷50‑180 MPa、应力比0.1、试验电压380 V保护设置位移±15 mm；⑤ 打开声发射系统（8），包括软件系统和硬件系统；⑥ 设置声发射数据采集系统（6），其中包括数据彩集模块，设置包括：采样率、通道号、HDT、HLT、PDT；⑦ 启动疲劳试验控制系统（3）开始疲劳试验，同时通过声发射系统8采集试验过程中的声发射信号；⑧ 选取镁合金母材及焊接接头试样分别在镁合金疲劳极限值以上，循环次数大于107次和疲劳极限值以下的不同应力下进行试验采集声发射信号；⑨ 对镁合金母材试样在不同应力下的声发射信号累积能量，用origin软件进行线性拟合，两直线交点对应力值为材料疲劳极限，用origin软件将声发射信号累积能量拟合得到的疲劳极限与常规试验拟合得到的疲劳极限进行比较，判断其测量准确性；三、对实际试样疲劳预测针对镁合金试样在制造完成后初次使用状态下，利用声发射仪进行疲劳极限预测:① 将试样表面打磨干净，用502胶水把声发射设备的探头粘在试样上；② 调试声发射设备，确定在声发射数据采集系统中不存在系统噪声；③ 设置声发射数据采集参数，包括：采样率、通道号、HDT、PDT、HLT等参数；④ 开启设备，使镁合金试样受载，同时利用声发射仪采集材料内部产生的声发射信号，当试样断裂后停止试验；⑤ 对采集到的数据进行滤波回放，分析声发射参数中能量的变化；⑥ 基于镁合金母材试样的试验数据，获得镁合金材料疲劳时对应的声发射信号参数中的能量值，确定镁合金试样疲劳极限。