基于S变换的焊接裂纹声发射信号时频分析

发布时间：2017-09-19 04:43

  本文关键词：基于S变换的焊接裂纹声发射信号时频分析

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【摘要】：焊接过程结构裂纹产生及状态变化所产生的应力波是一种瞬时、突发、不可再现的声发射信号。由于测试中试件与夹具连接的摩擦、电弧冲击的干扰,实际采集到的声发射信号呈现出多模态、特征微弱的特点,是一种非平稳信号。通过研究一种同时具备时频域多分辨率特点的时频分析方法,应用于焊接裂纹声发射信号分析与处理,对焊接裂纹声发射信号进行时频特征提取,为有效实现焊接裂纹声发射检测提供方法,具有工程现实意义和理论研究价值。S变换是一种基于STFT、小波发展起来的时频分析方法,具有自适应多分辨率、时频聚集好等特点。本文在分析S变换理论的基础上,对S变换特性进行了仿真分析与改进,提升其在焊接过程声发射信号时频特征提取的自适应性,并将其应用于焊接裂纹声发射信号时频特征提取。主要研究内容如下:1.在分析S变换理论、算法的基础上,采用matlab语言实现了S变换算法编程,通过选取合适的仿真信号模型,对S变换特性进行了仿真对比分析,并将其应用于实测的焊接裂纹声发射信号进行时频分析,验证了S变换在焊接裂纹声发射信号应用中具有自适应性、多分辨率性、时频聚集性、抗噪性。2.在原有标准S变换的基础上,通过引入两个可调节参数,实现了对标准S变换窗函数大小调节。分析了改进S变换离散形式以及算法的实现,研究了不同参数对改进S变换窗函数的影响。对改进S变换进行了仿真对比分析,确定了改进S变换最佳时频分辨率参数,并将其应用于实测声发射信号,验证了改进S变换在焊接裂纹声发射信号时频分析中具有更好的自适应性和时频聚集性。3.基于S变换时频分析方法,制定了基于S变换焊接结构裂纹声发射信号时频分析方法步骤,并将其应用到焊接结构拉伸声发射信号测试实验,计算与分析了焊接结构拉伸各个阶段声发射信号波形频谱特征以及信号能量分布特征。在此基础上,将焊接结构拉伸声发射信号各个阶段时频特征作为参考,应用到焊接过程裂纹声发射信号测试实验,通过对一段焊接声发射信号时频分析,实现了对焊接结构裂纹声发射信号各个阶段的有效检测,分析了焊接过程裂纹声发射信号演变各个阶段波形频谱特征以及时频特征。
【关键词】：焊接裂纹 声发射 时频分析 S变换 时频特征
【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5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 声发射技术国内外研究现状12-14
• 1.2.2 时频分析技术发展现状14-15
• 1.3 存在的问题15-16
• 1.4 论文研究的主要内容16-17
• 第二章S变换时频分析方法17-29
• 2.1 S变换时频分析理论17-23
• 2.1.1 S变换与傅立叶变换的联系17-18
• 2.1.2 从STFT推导S变换18-20
• 2.1.3 从CWT推导S变换20
• 2.1.4 S变换的性质20-23
• 2.2 S正反变换离散形式及其实现23-25
• 2.2.1 S正变换离散形式23-24
• 2.2.2 S反变换的离散形式24
• 2.2.3 S正反变换的实现24-25
• 2.3 S变换谱图25-27
• 2.3.1 S变换频谱与Cohen类的关系26
• 2.3.2 总能量26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章S变换特性分析29-51
• 3.1 仿真信号S变换时频特性分析29-40
• 3.1.1 S变换多分辨率分析29-31
• 3.1.2 S变换时频聚集性分析31-33
• 3.1.3 S变换自适应性分析33-35
• 3.1.4 S变换抗噪性分析35-38
• 3.1.5 S变换时频分辨率性分析38-40
• 3.2 焊接裂纹声发射信号采集实验40-44
• 3.2.1 试验所用声发射系统40-41
• 3.2.2 声发射系统参数设置41-42
• 3.2.3 焊接裂纹声发射信号采集方案42-44
• 3.3 焊接裂纹声发射信号S变换时频特性分析44-50
• 3.3.1 S变换多分辨率特性分析44-45
• 3.3.2 S变换时频聚集特性分析45-46
• 3.3.3 S变换自适应特性分析46-48
• 3.3.4 S变换抗噪性分析48-49
• 3.3.5 S变换时频分辨率特性分析49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章S变换自适应多分辨率改进51-63
• 4.1 改进S变换基本原理51-55
• 4.1.1 改进S变换离散形式及其算法52-53
• 4.1.2 改进S变换窗函数分析53-55
• 4.2 仿真信号对比分析55-59
• 4.3 焊接裂纹声发射信号S变换与改进S变换对比分析59-61
• 4.3.1 实测信号对比分析59-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章S变换在焊接裂纹声发射信号检测中的应用63-77
• 5.1 S变换焊接裂纹声发射信号时频分析步骤63-64
• 5.2 焊接结构拉伸声发射信号时频分析64-71
• 5.2.1 焊接结构拉伸声发射测试试验64-65
• 5.2.2 基于S变换焊件结构拉伸声发射信号时频分析65-71
• 5.3 焊接过程结构裂纹声发射信号检测71-75
• 5.3.1 基于S变换的焊接结构裂纹声发射信号检测71-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 附录 攻读学位期间参研项目和发表论文85

【参考文献】

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本文编号：879568