基本信息
- 项目名称：
- 声发射技术用于监测螺栓断裂的实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用声发射技术对螺栓塑性变形和断裂进行检测，从而实现声发射技术对螺栓工作情况的监视及检测，并对声发射技术对螺栓异常情况的实时监测进行推广应用。
- 详细介绍：
- 传统的螺栓故障诊断方法具有一定的局限性、事后性，如用着色探伤仅能检测表面裂纹、只能在停机之后或者拆卸螺栓之后进行检测，不能及时检测故障及时检修。本文通过声发射技术监测螺栓上紧过程及机械工作过程中的故障，并通过实验验证声发射技术用于螺栓故障诊断的可行性。在实验过程中首先，对信号通过降噪处理，然后通过小波分析、相关分析等技术和方法，对螺栓裂纹、塑性形变和摩擦状态进行分析，获得了螺栓发生故障时的一些特征参数：1) 在正常工作时，螺栓主要由于振动、撞击、摩擦等所产生的声音频域主要集中在0-125Khz；2) 由于螺栓塑性变形和断裂引起声发射所产生的频率主要集中在125-250Khz；3) 螺栓塑性变形时产生的声发射信号的振铃计数比断裂时产生的小的多。且断裂所产生的声发射主要集中在很短的一段时间内。，最终根据以上相关参数的数值范围及变化来诊断螺栓是否发生故障及故障模式。
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：实现利用声发射技术检测螺栓在安装和使用过程中出现的塑性变形和断裂。 基本思路：利用声发射仪器检测和记录螺栓在被拉过程中产生塑性变形和断裂时所发出的声发射信号，通过对信号进行分析处理找出螺栓在发生塑性变形和断裂时的特点。
科学性、先进性及独特之处
- 由于声发射技术是一种新兴的探伤技术，在很多领域尚未得到充分的利用。本文利用声发射技术对螺栓塑性变形和断裂进行检测，从而实现声发射技术对螺栓异常情况的监视及检测，并对声发射技术进行推广应用。
应用价值和现实意义
- 在紧固件的失效分析中，螺栓的失效最多、也最为常见，而螺栓的断裂失效则占螺栓失效的80%左右，严重威胁着整个构件的安全。因此，我们有必要、特别是对重要设备也必须对螺栓进行监测，防止断裂发生。由于螺栓的结构、形状和受力形式比较复杂经常发生各种形式的断裂失效。传统的螺栓故障诊断方法具有一定的局限性、事后性，如用着色探伤仅能检测表面裂纹、只能在停机之后或者拆卸螺栓之后进行检测，不能及时检测故障及时检修。
学术论文摘要
- 螺栓连接结构在上紧状态下受外力的作用会发生塑性变形，甚至产生断裂。本文在自制的实验台上，利用声发射技术监测螺栓工作过程中的状态变化，利用声发射参数分析方法对声发射检测信号进行时域分析，频域分析及小波分析。结果表明：1）在正常工作时，螺栓主要由于振动，撞击，摩擦等所产生的声音频域主要集中在0-125Khz；2) 由于螺栓塑性变形和断裂引起声发射所产生的频率主要集中在125-250khz；3) 螺栓塑性变形时产生的声发射信号的振铃计数比断裂时产生的小的多。验证了声发射技术用于连接螺栓状态辨识的可行性。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]耿荣生，沈功田，刘时风．声发射信号处理和分析技术[J]．无损检测，2002，24(1)：23—28． [2]李耀东，黄成祥，侯力等．疲劳裂纹的声发射信号检测技术．自动化测试．2004(6)：504～506
同类课题研究水平概述
- 声发射技术是1950年由德国人凯泽(J.Kaiser)开始研究的，1964年美国应用于检验产品质量，从此获得迅速发展。1964年美国首先将声发射检测技术应用于火箭发动机壳体的质量检验并取得成功。此后，声发射检测方法获得迅速发展。 可以用声发射鉴定不同范性变形的类型，研究断裂过程并区分断裂方式，检测出小于 0.01mm长的裂纹扩展,研究应力腐蚀断裂和氢脆，检测马氏体相变，评价表面化学热处理渗层的脆性，以及监视焊后裂纹产生和扩展等等。在工业生产中，声发射技术已用于压力容器、锅炉、管道和火箭发动机壳体等大型构件的水压检验，评定缺陷的危险性等级，作出实时报警。在生产过程中，用声发射技术可以连续监视高压容器、核反应堆容器和海底采油装置等构件的完整性。声发射技术还应用于测量固体火箭发动机火药的燃烧速度和研究燃烧过程，检测渗漏，研究岩石的断裂，监视矿井的崩塌，并预报矿井的安全性。 虽然声发射技术应用广泛，但是任然未出现该技术在螺栓故障检测方面的应用。现阶段螺栓故障诊断方法具有一定的局限性、事后性，如用着色探伤仅能检测表面裂纹、只能在停机之后或者拆卸螺栓之后进行检测，不能及时检测故障及时检修。本文利用声发射技术监测螺栓工作过程中的状态变化，利用声发射参数分析方法对声发射检测信号进行时域分析，频域分析及小波分析，从而验证了声发射技术用于连接螺栓状态辨识的可行性。
