[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

摘要

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。

主权项

1.一种使用信号能谱系数监测脆性材料损伤演化过程的方法，其特征在于：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；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(4)表示DD2频段信号的小波包分解系数；S1n＝{x1,n,n＝1,2,...,i/4}     (1)其中，S1n表示AA2频段信号的小波包分解系数集合；x1,n表示AA2频段信号的小波包分解的各个系数；i表示声发射信号的采样点数；S2n＝{x2,n,n＝1,2,...,i/4}    (2)其中，S2n表示DA2频段信号的小波包分解系数集合；x2,n表示DA2频段信号的小波包分解的各个系数；S3n＝{x3,n,n＝1,2,...,i/4}       (3)其中，S3n表示AD2频段信号的小波包分解系数集合；x3,n表示AD2频段信号的小波包分解的各个系数；S4n＝{x4,n,n＝1,2,...,i/4}     (4)其中，S4n表示DD2频段信号的小波包分解系数集合；x4,n表示DD2频段信号的小波包分解的各个系数；步骤4.2：用公式(5)表示AA2频段信号的能量，用符号E1表示；用公式将(6)表示DA2频段信号的能量，用符号E2表示；用公式(7)表示AD2频段信号的能量，用符号E3表示；用公式(8)表示DD2频段信号的能量，用符号E4表示；步骤4.3：通过公式(9)得到AA2频段信号的能谱系数P1；P1＝100*(E1/(E1+E2+E3+E4))     (9)步骤五、在步骤四的操作基础上，以A个发射信号为滑动窗口，即按采集次序依次选取A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，横坐标为窗口的序号；纵坐标为对应窗口中P1的平均值；步骤六、根据P1随窗口数的分布图中，P1的变化状态监测所述待监测脆性材料损伤演化过程；监测所述待监测脆性材料损伤演化过程的具体方法为：当窗口M之后连续B个窗口中P1的平均值大于该窗口及之前连续B个窗口中P1的平均值，则判断待监测脆性材料在M窗口由裂纹萌生阶段进入裂纹生长阶段；当窗口N，N>M，之后连续B个窗口中P1的平均值大于该窗口及之前连续B个窗口中P1的平均值，则判断待监测脆性材料在N窗口由裂纹生长阶段进入裂纹汇合阶段，裂纹汇合阶段持续到待监测脆性材料最终的破坏失效。