起重机梁活性缺陷的声发射信号特征研究.pdfVIP

起重机梁活性缺陷的声发射信号特征研究 李力1，陈向前2，赵美云1，邓代军2 1．三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌443002。E．mail： 2．宜昌市特种设备检验检测所，湖北宜昌，443002 摘 要：本文探讨起重机梁缺陷的声发射信号特征和发展规律。采用模拟梁加载试验，获 得梁上人工裂纹萌发和扩展过程的声发射信号。通过经验模式分解方法分析出不同载衙和 裂纹扩展过程的声发射频率特征。结果表明：起重机梁活性缺陷声发射信号为突发性的， 每一事件声发射所含频率成分复杂，一般裂纹萌发时的声发射信号频率较低，随着裂纹的 发展频率逐渐增高，缺陷频率范围约为25KHz-160Ktlz。研究结果为起重机械活性缺陷的声 发射检测技术提供理论基础。 关键词：声发射，起重机梁，活性缺陷，信号特征 中图分类号：TGl15．28，TH21 文献标识码：A 起重机是物料装载搬运的重要机械设备，随着现代工业向大规模、高效率发展，起 重机超载情况时有发生，使其钢结构应力集中处、焊接应力或缺陷区域处过早产生裂纹。 据统计，起重机主要受力构件的安全隐患和缺陷占设备所有缺陷的11％…，这些构件一 旦发生失效，会引起整个设备的失效，导致事故和造成较大的经济损失。因此大犁起重 设备及装卸设备等的安全问题，越来越为人们所重视。由于起重设备自身的特点，结构 庞大复杂，使用环境恶劣，常规的无损检测手段如超声波、射线、磁粉等，工作量大， 检验时需要停机，并且这些方法无法检测一些地方或容易造成漏检，因此常常不能及时 发现早期潜在缺陷，获得准确的安全评价。 声发射(Acoustic 象。声发射检测就是利用声发射的原理对材料中动态活动缺陷进行检测，它检测到的能 量来自被检物体，而不像超声或射线检测那样由外部提供。理论上，声发射检测可以监 视任何复杂的结构件，而不受被检件形状、尺寸的影响。随着声发射技术的不断发展完 善，在很多行业，如压力容器、管道、桥梁等的缺陷检测中J“泛应用，尤其是大型设备 的整体和缺陷检测12圳。因此本文探讨声发射技术应用于起重结构缺陷的无损检测。采 用模拟起重机梁结构，在梁上预先制作人工裂纹作为声发射源，通过加载试验，获得缺 陷发生发展的声发射信号。通过分析发现缺陷声发射信号由多模式波组成，属于非平稳 17l Mode 的陋机信q的范嘶，叫此水文采j|』经验模式分解(Empirical EMD)方法，结合时频表目i确定缺陷发生发艟的频带特钶年|】规律，以仃效地监测起啦机 结构活性缺|：}j状态，取得了较好效果，为声发射挫术应川r起重机械活性缺陷的}_：f删提 供了重要依掘。 1 试验方案设计和参数设置 粟用人工方式征粱上A、B、C=处制作H{小I司严重程度的裂纹缺粕，见图I和吲2所示。 聚』||压力试验机给血l载，il|J载点在A点。加载世讣按O--250kg500kg一750kg1000kg 顺序加载，每次加载时M约1分钟，保载时j切约5分钟。试验加载至950kg时，缺陷A 使粱完全破坏，加载随即停止，实际最大加找为950kg。 信号通过美围声学物理公司(PAC)的四通道声发射信号采集系统采集。主要仪器 2 包括PCIAE信号采集忙，R15共振型声发射传感器，2／4／6前赞放大器，放人倍数 设置为40dB。声发射传感器的布置在L、2、3位置，见幽2所示。声发射信号采集系统 朴。 图1试验装置 图2缺陷和传感器布置 2经验模式分解方法原理 EMD足一一种自近成n{J和小需预先确定分解基的非线性非平稳信号分析方法，它照t‘ 返样的似设：f膏号足山锌种不同的简申l州有振荡模态分艟组成，这o!振荡模忐分苗圃能 51通 址线rI：的，比-rT能址Ii：线性的．它tfJJt-ff完全意义l‘的窄前f性质．f!_】瞬时频年帷．1 过酬D方法，信号*(f)破分解成系列的同柏模卷分域町表示如F x(t)=2．魄舯)+‘(1)