基于VMD算法的泡沫铝压缩时的声发射特征信号分析
发布时间：2021-07-19 15:00
闭孔泡沫铝是由泡孔作为支撑结构的轻质、多孔材料,由于具有独特的物理特性和良好的缓冲吸能特性已经广泛用于汽车、航空和高铁等行业中。本文针对闭孔泡沫铝的力学性能,利用声发射仪、高速相机采集了不同速率下,泡沫铝压缩过程的声发射信号和CCD图像,并用变分模态分解（VMD）了声发射信号。通过声发射信号、CCD图像研究了泡沫铝的变形机制与力学性能。本文的主要研究内容如下:1.使用VMD从微观水平上分析泡沫铝,将声发射信号分解为四个模态声发射信号研究泡沫铝的力学、能量机制。根据VMD的模态声发射信号的稀疏性,给出声发射随机过程及正交系数法。正交系数选取K值相比相关系数计算精确性更高,更能直观反映模态声发射之间的能量关系。2.通过准静态压缩实验,探讨了压缩过程中闭孔泡沫铝的力学性能和声发射参数关系。结果表明:线弹性阶段的声发射的振铃计数与幅度呈线性关系;能量计数与幅度呈指数关系;压缩速率越高振铃计数、能量计数与幅度分布更高。声发射振铃计数曲线与应力应变曲线有较高的相似性;密实应变与声发射能量计数有较好的对应关系;声发射能量-应变曲线与泡沫铝的吸能效率的变化趋势相同且与密实应变有较好的对应关系。3.使用...
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２闭孔立方体模型单元??泡沫铝材料微观结构复杂及其不规则，很难正确解释其力学性能
?西南石油大学硕士研究生学位论文???｜?延展?￣？延展—??＼ｆｊ（??图１－３压缩和拉伸时的闭孔泡沬铝材料的孔膜延展??Ｅ＊?＾ｐ＼?ｐ〇（ｌ－２Ｖ＊）??ＴＴ＝Ｃ１［（ｐ?—?ｊ?＋Ｃ３（ｌ－０）?—Ｈ?－ｎｒ—??Ｅｓ?Ｖ?Ｐｓ｝?Ｐｓ?Ｅｓ（ｌ－Ｐ／Ｐｓ）?（Ｎ１）??闭孔材料中根据孔膜塑性功等价于孔膜弯曲和延展功，同时考虑气体对材料??强度的贡献，估算塑性坍塌引起孔膜折皱的平台应力为：??＾？Ｃ４（＾ｆ２＋Ｃ５（ｌ－＾）ｔ?＋?Ｐ＾?（１－２）??Ｏｙｓ?Ｖ?Ｐｓ＾?Ｐｓ?ＣＴｙｓ??其中Ｃｎ是与泡孔相关的常数，Ｃｊ）是泡沫铝基体材料的体积分数，Ｅｓ是泡沫??铝材料的弹性模量，是泡沫铝的泊松比。孔棱、膜的弯曲是泡沫铝材料的主要??变形机制，且孔棱、膜的褶皱，凹凸，泡孔的不均匀拓扑结构也会诱发弯曲变形，??降低材料性能。在杆棱两端的塑性铰弯曲杆棱断裂，孔膜旋转可保持弯矩恒定或??略微增大。人工制造的泡沫铝的泡孔的孔内气体由于是与大气压力近似所以孔内??气体对坍塌的贡献是非常小，但是在闭孔材料中的次坍塌应力的提升有一定作用。??＿?伞＝０．６?＿??０?６?－?■?４＞＝０８?Ｊｒ??■?Ｅ７Ｅｔ＝（ｐ７ｐｔｒ２｜??００－??０．２?０４?０．６?０．８??相料密丨Ｑ：ｐＶｐ，??？?Ｍ闭孔泡沬議对杨氏模量｜与相对密度理想关細??３??
?基于ＶＭＤ算法的泡沫铝压缩时声发射特征信号分析???；／??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??相对密度ｐ‘／ｐｓ??图１－５闭孔泡沬铝的相对屈服强度与相对密度理想关系图??闭孔泡沫铝中的相对模量和相对屈服强度与相对密度呈线性增长，固体分数??越大相对模量增长越大。当闭孔泡沫铝材料变形时，孔内气体受到压缩或膨胀，??对应力－应变曲线的影响。对于低密度孔内气体的压缩对次坍塌应力－应变曲线的??斜率具有重要贡献，当棱边屈曲时，孔膜必须承受某些横向拉伸应力的方式受到??折叠，孔膜拉伸时相对刚硬，将导致应力－应变曲线提高到仅需压缩气体的水平??上。对于闭孔泡沫铝的次屈服平台的缓慢上升，上升动力源于孔内气体压缩还是??孔膜压缩的贡献。文献［１］表明平台应力上升主要源于气体的压缩，而孔膜应力贡??献很少，但本文在研宄时发现随平台应力的提升模态声发射是弹塑性变形的模态??声发射逐渐变大。??Ｙｕ?Ｓ?Ｒ等对ＺＡ２２泡沫［ｍ６］、ＳｉＣ颗粒增强ＺＬ１０４泡沫［１７］、ＳｉＣ颗粒增强??ＺＡ２２［１８］、ＡＬ２０３纤维增强ＺＡ２２泡沫［１９］等结果表明闭孔泡沫错材料相对屈服强??度和相对密度较好符合Ｇｉｂｓｏｎ＆Ａｓｈｂｙ模型中的本构关系。??Ｋ．Ｙ．Ｇ．Ｍｃｃｕｌｌｏｕｇｈ［２（）］，Ｙ．Ｓｕｇｉｍｕｒａ［２１］在各自的研究中率先开展闭孔泡沫铝的??弹塑性变形行为并结合Ｇｉｂｓｏｎ＆Ａｈｓｂｙ模型，力学性能对材料密度孔结构等压缩??过程中的变形机制初步研究。Ｍｕ［２２＿２３］等通过对不同基体闭孔泡沫铝压缩实验，??深入研究了微观尺度下的变形机制，明确了基体材料对泡沫铝变形机制的影响。??Ｍｉｃｈａｉｌｉｄｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]泡沫铝准静态压缩变形的声发射特征研究[J]. 张磊,石健,李成兵,唐通,欧阳浩. 塑性工程学报. 2018(03)
[2]声发射技术在纤维增强复合材料损伤检测和破坏过程分析中的应用研究进展[J]. 黄展鸿,黄春芳,张鉴炜,江大志,鞠苏. 材料导报. 2018(07)
[3]工业闭孔泡沫铝压缩力学性能及变形机理[J]. 闫畅,宋绪丁,荆传贺,封硕. 材料导报. 2017(18)
[4]基于小波的声发射信号去噪研究[J]. 杨慧,顾菊平,华亮,罗来武,陈猛. 现代电子技术. 2017(13)
[5]负梯度闭孔泡沫金属的力学性能分析[J]. 王根伟,王江龙. 固体力学学报. 2017(01)
[6]变分模态分解和相关系数联合算法在管道泄漏检测中的应用[J]. 王秀芳,檀丽丽,高丙坤,姜建国,葛延良. 压力容器. 2016(12)
[7]基于岩石声发射信号的指数衰减型小波基构造[J]. 彭冠英,许明,谢强,傅翔. 岩土力学. 2016(07)
[8]基于电机驱动系统的齿轮故障诊断方法综述[J]. 杨明,董传洋,徐殿国. 电工技术学报. 2016(04)
[9]多孔金属及其夹芯结构力学性能的研究进展[J]. 敬霖,王志华,赵隆茂. 力学与实践. 2015(01)
[10]闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展[J]. 兰凤崇,曾繁波,周云郊,陈吉清. 机械工程学报. 2014(22)
博士论文
[1]直升机复合材料试件声发射信号处理算法研究[D]. 于金涛.哈尔滨工业大学 2012
[2]声发射信号处理关键技术研究[D]. 刘国华.浙江大学 2008
[3]集成化声发射信号处理平台的研究[D]. 张平.清华大学 2002
硕士论文
[1]基于声发射技术的PDC复合片性能的实验研究[D]. 唐通.西南石油大学 2017
[2]基于EMD的心电信号去噪方法研究及实现验证[D]. 张磊磊.重庆邮电大学 2016
本文编号：3290908
【文章来源】：西南石油大学四川省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２闭孔立方体模型单元??泡沫铝材料微观结构复杂及其不规则，很难正确解释其力学性能
?西南石油大学硕士研究生学位论文???｜?延展?￣？延展—??＼ｆｊ（??图１－３压缩和拉伸时的闭孔泡沬铝材料的孔膜延展??Ｅ＊?＾ｐ＼?ｐ〇（ｌ－２Ｖ＊）??ＴＴ＝Ｃ１［（ｐ?—?ｊ?＋Ｃ３（ｌ－０）?—Ｈ?－ｎｒ—??Ｅｓ?Ｖ?Ｐｓ｝?Ｐｓ?Ｅｓ（ｌ－Ｐ／Ｐｓ）?（Ｎ１）??闭孔材料中根据孔膜塑性功等价于孔膜弯曲和延展功，同时考虑气体对材料??强度的贡献，估算塑性坍塌引起孔膜折皱的平台应力为：??＾？Ｃ４（＾ｆ２＋Ｃ５（ｌ－＾）ｔ?＋?Ｐ＾?（１－２）??Ｏｙｓ?Ｖ?Ｐｓ＾?Ｐｓ?ＣＴｙｓ??其中Ｃｎ是与泡孔相关的常数，Ｃｊ）是泡沫铝基体材料的体积分数，Ｅｓ是泡沫??铝材料的弹性模量，是泡沫铝的泊松比。孔棱、膜的弯曲是泡沫铝材料的主要??变形机制，且孔棱、膜的褶皱，凹凸，泡孔的不均匀拓扑结构也会诱发弯曲变形，??降低材料性能。在杆棱两端的塑性铰弯曲杆棱断裂，孔膜旋转可保持弯矩恒定或??略微增大。人工制造的泡沫铝的泡孔的孔内气体由于是与大气压力近似所以孔内??气体对坍塌的贡献是非常小，但是在闭孔材料中的次坍塌应力的提升有一定作用。??＿?伞＝０．６?＿??０?６?－?■?４＞＝０８?Ｊｒ??■?Ｅ７Ｅｔ＝（ｐ７ｐｔｒ２｜??００－??０．２?０４?０．６?０．８??相料密丨Ｑ：ｐＶｐ，??？?Ｍ闭孔泡沬議对杨氏模量｜与相对密度理想关細??３??
?基于ＶＭＤ算法的泡沫铝压缩时声发射特征信号分析???；／??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??相对密度ｐ‘／ｐｓ??图１－５闭孔泡沬铝的相对屈服强度与相对密度理想关系图??闭孔泡沫铝中的相对模量和相对屈服强度与相对密度呈线性增长，固体分数??越大相对模量增长越大。当闭孔泡沫铝材料变形时，孔内气体受到压缩或膨胀，??对应力－应变曲线的影响。对于低密度孔内气体的压缩对次坍塌应力－应变曲线的??斜率具有重要贡献，当棱边屈曲时，孔膜必须承受某些横向拉伸应力的方式受到??折叠，孔膜拉伸时相对刚硬，将导致应力－应变曲线提高到仅需压缩气体的水平??上。对于闭孔泡沫铝的次屈服平台的缓慢上升，上升动力源于孔内气体压缩还是??孔膜压缩的贡献。文献［１］表明平台应力上升主要源于气体的压缩，而孔膜应力贡??献很少，但本文在研宄时发现随平台应力的提升模态声发射是弹塑性变形的模态??声发射逐渐变大。??Ｙｕ?Ｓ?Ｒ等对ＺＡ２２泡沫［ｍ６］、ＳｉＣ颗粒增强ＺＬ１０４泡沫［１７］、ＳｉＣ颗粒增强??ＺＡ２２［１８］、ＡＬ２０３纤维增强ＺＡ２２泡沫［１９］等结果表明闭孔泡沫错材料相对屈服强??度和相对密度较好符合Ｇｉｂｓｏｎ＆Ａｓｈｂｙ模型中的本构关系。??Ｋ．Ｙ．Ｇ．Ｍｃｃｕｌｌｏｕｇｈ［２（）］，Ｙ．Ｓｕｇｉｍｕｒａ［２１］在各自的研究中率先开展闭孔泡沫铝的??弹塑性变形行为并结合Ｇｉｂｓｏｎ＆Ａｈｓｂｙ模型，力学性能对材料密度孔结构等压缩??过程中的变形机制初步研究。Ｍｕ［２２＿２３］等通过对不同基体闭孔泡沫铝压缩实验，??深入研究了微观尺度下的变形机制，明确了基体材料对泡沫铝变形机制的影响。??Ｍｉｃｈａｉｌｉｄｉ
【参考文献】：
期刊论文
[1]泡沫铝准静态压缩变形的声发射特征研究[J]. 张磊,石健,李成兵,唐通,欧阳浩. 塑性工程学报. 2018(03)
[2]声发射技术在纤维增强复合材料损伤检测和破坏过程分析中的应用研究进展[J]. 黄展鸿,黄春芳,张鉴炜,江大志,鞠苏. 材料导报. 2018(07)
[3]工业闭孔泡沫铝压缩力学性能及变形机理[J]. 闫畅,宋绪丁,荆传贺,封硕. 材料导报. 2017(18)
[4]基于小波的声发射信号去噪研究[J]. 杨慧,顾菊平,华亮,罗来武,陈猛. 现代电子技术. 2017(13)
[5]负梯度闭孔泡沫金属的力学性能分析[J]. 王根伟,王江龙. 固体力学学报. 2017(01)
[6]变分模态分解和相关系数联合算法在管道泄漏检测中的应用[J]. 王秀芳,檀丽丽,高丙坤,姜建国,葛延良. 压力容器. 2016(12)
[7]基于岩石声发射信号的指数衰减型小波基构造[J]. 彭冠英,许明,谢强,傅翔. 岩土力学. 2016(07)
[8]基于电机驱动系统的齿轮故障诊断方法综述[J]. 杨明,董传洋,徐殿国. 电工技术学报. 2016(04)
[9]多孔金属及其夹芯结构力学性能的研究进展[J]. 敬霖,王志华,赵隆茂. 力学与实践. 2015(01)
[10]闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展[J]. 兰凤崇,曾繁波,周云郊,陈吉清. 机械工程学报. 2014(22)
博士论文
[1]直升机复合材料试件声发射信号处理算法研究[D]. 于金涛.哈尔滨工业大学 2012
[2]声发射信号处理关键技术研究[D]. 刘国华.浙江大学 2008
[3]集成化声发射信号处理平台的研究[D]. 张平.清华大学 2002
硕士论文
[1]基于声发射技术的PDC复合片性能的实验研究[D]. 唐通.西南石油大学 2017
[2]基于EMD的心电信号去噪方法研究及实现验证[D]. 张磊磊.重庆邮电大学 2016
本文编号：3290908
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3290908.html
