同步压缩小波变换在焊接裂纹声发射信号检测中的应用
发布时间：2017-08-24 06:45
本文关键词：同步压缩小波变换在焊接裂纹声发射信号检测中的应用
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【摘要】：焊接过程结构裂纹状态变化所产生的声发射源信号具有随机瞬时突变的特点,且声发射试验中受到试验机、试样与夹具连接的摩擦等产生的噪声干扰,使采集到的声发射信号含有大量的噪声成分,呈现复杂噪声背景下微弱的特点。同步压缩小波变换通过对小波变换获得的时间-尺度平面的信号能量分布进行重组,从而获得分辨率较高的时间-频率时频分布图,同时,同步压缩小波变换不受小波基函数选择的限制,且对噪声具有较好的鲁棒性。因此,提出将同步压缩小波变换时频分析方法应用到焊接裂纹声发射信号中进行时频特征分析,对复杂噪声背景下焊接裂纹声发射信号进行特征提取,进而实现焊接裂纹的有效检测,具有工程实际应用价值和学术研究意义。论文在同步压缩小波算法的理论基础上,将算法应用于仿真信号进行特性验证分析,分析了同步压缩小波算法(SST)对高斯白噪声的干扰具有较好的鲁棒性以及对小波基函数的选择有自适应性。在此基础上,设计了焊接过程裂纹声发射测试实验以及焊件拉伸声发射测试试验,采集了焊接加热过程与焊后冷却过程的裂纹声发射信号,分析了裂纹声发射信号的特征,并将SST时频分析方法应用于焊接过程裂纹声发射信号进行裂纹检测。主要研究内容如下:(1)基于同步压缩小波算法的基本理论,将同步压缩小波算法(SST)与连续小波变换分别应用到仿真信号中进行了性能对比分析,同时分析了同步压缩小波算法对高斯白噪声的干扰具有较好的鲁棒性以及对小波基函数的选择有自适应性等特性,并将其运用到小波分析中,改进时频图分辨率精度等不足。(2)设计了焊接过程裂纹声发射信号测试实验,对采集到的焊接加热过程与焊后冷却过程的声发射信号进行波形与幅频特性分析,同时,将SST对焊接加热过程裂纹声发射信号进行有效分解与重构,对焊接加热过程采集到的信号进行有效降噪。将SST时频分析方法,应用于焊接过程裂纹声发射信号进行时频特征提取,分析了不同工况下裂纹声发射信号的时频分布,得到了不同工况下裂纹声发射信号的频率分布和信号能量分布变化规律。(3)设计了焊件拉伸声发射测试实验,结合拉伸过程的时间-载荷关系与采集到的声发射信号,对裂纹的形成及扩展各个阶段过程的信号进行了波形与频率分布特性分析,以及将SST时频分析方法,应用于裂纹声发射信号进行时频特征分析,了解了裂纹形成动态过程不同裂纹状态下的信号特征。在此基础上,将该方法应用于实际焊接过程采集到的声发射信号进行裂纹检测,通过对采集到的大样本数据进行分割,分割后的短数据能够较好的反映不同裂纹状态下的动态过程,以及对分割后的信号进行SST时频分析,分析了其中蕴含的动态信息以及声发射信号的频率及能量分布规律。
【关键词】：焊接裂纹 声发射信号 同步压缩小波算法 时频分析 特征提取 裂纹检测
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG441.7
【目录】：
- 摘要5-7
- ABSTRACT7-11
- 第一章 绪论11-19
- 1.1 课题的背景及意义11-12
- 1.2 国内外发展及研究现状12-15
- 1.2.1 声发射技术的概述12-13
- 1.2.2 声发射技术的特点13
- 1.2.3 声发射技术发展现状13-15
- 1.3 声发射信号的特征分析方法15-17
- 1.3.1 声发射信号的波形特征分析方法15
- 1.3.2 声发射信号的时频分析方法15-17
- 1.4 存在的问题17-18
- 1.5 本文研究的主要内容18-19
- 第二章 同步压缩小波算法的基本理论19-33
- 2.1 同步压缩小波变换的基本定义19-20
- 2.2 同步压缩小波变换的理论介绍20-28
- 2.3 同步压缩小波变换算法的实现28-31
- 2.4 本章小节31-33
- 第三章 同步压缩小波算法的特性分析33-43
- 3.1 频率突变信号分析33-36
- 3.2 SST与CWT的性能比较研究36-37
- 3.3 SST对小波基函数的自适应性分析37-40
- 3.4 SST对噪声的鲁棒性分析40-42
- 3.4.1 SST对噪声鲁棒性的基本理论40
- 3.4.2 SST对噪声的鲁棒性特性分析40-42
- 3.5 本章小节42-43
- 第四章 焊接裂纹声发射信号特性分析43-61
- 4.1 实验条件43-46
- 4.1.1 实验测试平台43-45
- 4.1.2 金属焊接件45-46
- 4.2 焊接过程裂纹声发射信号测试实验46-48
- 4.2.1 实验参数设置46
- 4.2.2 焊接裂纹声发射信号采集46-48
- 4.3 焊接过程裂纹声发射信号分析48-59
- 4.3.1 噪声来源分析48-49
- 4.3.2 焊接加热过程声发射信号分析49-55
- 4.3.3 焊后冷却过程声发射信号分析55-59
- 4.4 本章小节59-61
- 第五章 基于SST的声发射信号裂纹检测与分析61-75
- 5.1 铸铁材料单边裂纹拉伸实验61-68
- 5.1.1 实验相关设备和拉伸件61-62
- 5.1.2 铸铁拉伸实验的声发射信号分析62-68
- 5.2 焊接加热过程裂纹检测与分析68-70
- 5.3 焊后冷却过程裂纹检测与分析70-74
- 5.4 本章小节74-75
- 第六章 总结与展望75-77
- 6.1 论文总结75-76
- 6.2 研究展望76-77
- 参考文献77-81
- 致谢81-83
- 附录 攻读学位期间参研项目和发表论文83
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 陈小旺;冯志鹏;LIANG Ming;;基于迭代广义同步压缩变换的时变工况行星齿轮箱故障诊断[J];机械工程学报;2015年01期
2 袁永立;何国球;樊康乐;刘晓山;朱e，
本文编号：729821
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