[发明专利]一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法

说明书

本发明涉及的是一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法，其中声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤可视化观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机，微力原位拉伸机连接声信号数据采集系统构成；细观损伤观察机构由高分辨率显微镜与高清数字摄像头连接并设置于显微镜置物台上构成；微弱声信号检测机构具有声发射测试仪、前置放大器、微型传感器，微型传感器利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件表面，被测试拉伸试件两端各固定一个微型传感器。本发明在声发射源信号突变的情况下结合原位拉伸下细观损伤图像的实时变化情况，有效建立声信号参数和损伤机制的联系。

技术领域：

本发明涉及的是基于声发射技术检测细观损伤领域，具体涉及的是一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法。

背景技术：

金属材料广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、石化等行业。金属材料在载荷与环境的共同作用下可能会发生各种形式的失效破坏，因结构失效导致的灾难性事故数量在急剧增加。因此，掌握工程结构的失效机制，更好的减轻结构重量、提高载荷以及延长寿命，是工程技术领域持续关注的研究热点。从金属细观损伤力学角度出发，探究金属材料早期损伤机制，是目前常用的理论分析方法。但目前主要是定性分析金属细观损伤过程，不能定量的计算，这进一步阻碍了金属细观损伤模型的建立和对金属材料早期损伤状态的准确预测。

金属早期损伤过程伴随有声发射现象的产生，通过建立一个金属细观损伤过程的可视化平台，同时使用声学测试技术记录整个损伤过程的声学数据，将“可视化”与“声发射”两者的有机结合可实现对金属细观损伤过程的记录与描述，为建立准确的金属细观模型提供依据，本发明对于细观损伤研究领域有着良好的应用前景。

发明内容：

本发明的一个目的是提供一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台，这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台用于解决现有技术中检测存在发现机械设备损伤不及时，不能在缺陷产生初期发现金属材料损伤的问题，本发明的另一个目的是提供可表征金属细观损伤过程的声学测试平台的测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤可视化观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机，微力原位拉伸机连接声信号数据采集系统构成；细观损伤观察机构由高分辨率显微镜与高清数字摄像头连接并设置于显微镜置物台上构成，高分辨率显微镜和高清数字摄像头设置于微力原位拉伸机的上方；微弱声信号检测机构具有声发射测试仪、前置放大器、信号线、两个微型传感器，微型传感器利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件表面，被测试拉伸试件两端各固定一个微型传感器；声信号数据采集系统、高清数字摄像头、声发射测试仪均连接计算机，声发射测试仪为多通道声发射测试仪。

上述方案中声发射测试仪利用信号线与前置放大器相连，前置放大器与PICO微型传感器连接，信号线采用BNC同轴信号线，前置放大器采用2/4/6-AST前置放大器，微型传感器采用PICO微型传感器。

上述可表征金属细观损伤变化的声学测试平台的测试方法，将声学技术和数字图像观测技术相结合，在损伤发生的初期能及时通过声信号反馈试件损伤情况，具体如下：

将表面达到金相观察级别的处理过的拉伸试件固定于微力原位拉伸机，并将两个微型传感器分别固定于拉伸试件两端，进行断铅实验以测试微型传感器灵敏度，微型传感器合格后，启动微力原位拉伸机的同时，开始记录声发射信号，并在计算机上观察由数字摄像头拍摄的试件表面细观图像；拉伸过程中，原位拉伸机控制加载速率，数字摄像头录制拉伸全过程试件表面细观图像，观察并记录拉伸过程中试件细观损伤发生过程，解决了原位拉伸实验不可再现的问题，同时记录拉伸过程声发射数据。通过对比不同时刻声发射信号的特征，以及该时刻对应的试件表面细观图像变化情况，可建立金属材料细观损伤过程的声发射量化表征模型，实现用声发射测试数据对金属材料细观损伤的早期预报。