胶合木声发射信号及其传播特性研究

发布时间：2020-05-18 13:59

【摘要】：木材作为一种可再生资源,一直以来都是非常重要的建筑材料,近几年得益于胶合木硬度高、物理性能稳定等特点,逐渐成为建造体育场、游乐场等大型结构建筑的主要原材料。由于木结构规格材均属于各项异性材料,传统的无损检测方法并不适用于木材的内部损伤监测,同时也无法实现对大型木结构建筑的实时检测,因此急需一种实时有效的无损检测方法。声发射技术是一种新型的、主动式的无损检测技术,能够对被测试件内部的应力变化实现在线监测。通过人工模拟声发射源的方式,采集胶合木梁的声发射信号,并分析信号在横、纵两个方向上的传播特征,同时建立传感器与声发射源的位置分布矩阵实现声发射源的定位,从而得到内部应力集中的范围。与此同时,运用信号相关性原理估算声发射源的位置,初步记录胶合木结构建筑可能发生开裂的部位,以便提前对其进行加固处理。针对声发射信号在胶合木中的传播特性,论文主要做了以下研究:1.利用NI公司的高速数据采集卡、压电传感器、前置放大器搭建了一套声发射信号采集平台,同时结合Matlab软件建立了声发射信号的小波分析平台,实现了声发射信号的多通道采集以及从噪声中析取出来。文中首先以花旗松胶合木梁为研究对象,采用铅芯折断和连续两次滑动的方式人工模拟声发射源,通过两通道采集系统采集花旗松上、下表面的声发射原始信号。同时利用db小波对采集的信号进行分解与重构,从而得到花旗松声发射信号的频率与传播特性,研究表明花旗松声发射信号平稳且主要集中在70 kHz,此时信号在花旗松表面的传播速度为514.29 m/s,内部的传播速度为422.45 m/s,且采用小波分析能够将“淹没”在噪声中的信号析取出来。2.利用声发射技术对不同含水率的云南松表面声发射信号进行采集并比较。结果表明,随着含水率的增加,AE信号的时域波形幅值呈衰减趋势;AE信号在试件表面传播的平均速率与含水率成反比例增长,在绝干状态下平均传播速率达到最大值为4208.77 m/s,而在饱水状态平均速率仅为1414.07 m/s;从重构后的信号频域分布可以发现,四种含水状态下试件的频域波形均主要集中在40~150 kHz之间。3.利用互相关分析法对胶合木板表面声源进行线性定位,同时结合最小二乘法实现马尾松胶合木梁声发射源的空间定位。首先利用小波变换对采集的信号进行小波分解,提取有意义频带的信号进行波形重构,随后对重构后的信号进行互相关分析,求得信号到达两传感器的时间延迟,最后根据所测得试件中信号的传播速度求出声源的位置。结果表明互相关是一种适合于胶合木声发射源定位的方法,为研究不同材质胶合木内部损伤和断裂定位提供参考。
【图文】：

图 1-1 声发射技术基本原理Fig.1-1 Basic principle of acoustic emission technique对声发射信号的分析与应用领域主要包括对声发射源进行局部定位、探究声发射信号的传播特征、估算声发射信号产生的时间段或波形持续状态、判断材料是否存在

图 2-3 Mallat 算法的频带逐级分解（3 级）Fig.2-3 Frequency band decomposition of Mallat algorithm（three-level）常见的小波基函数
【学位授予单位】：西南林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB302.5

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本文编号：2669829