金属铆接结构疲劳损伤的声发射特性分析.pdf

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1、三盏丝燮坐丛——金属铆接结构疲劳损伤的声发射特性分析AcousticEmissionCharacteristicAnalysisinMetalWithRivetStructureFatigueTest中航工业飞机强度研究所王丹宁宁詹绍正赵罡王丹助理工程师。硕士。主要从事飞机复合材料无损检测和声发射监测研究。在飞机的结构设计中，铆接接头常用来连接和组装飞机的各重要受力结构，实现各部件之间的载荷传递和分配。接头紧固件孑L边往往是结构应力集中最严重的地方，应力集中而萌生裂纹，裂纹扩展会导致结构强度及疲劳性能的降低川。声发射是指材

2、料或结构在外力或内力作用下产生塑性变形或断裂52航空制造技术·2013年第4期采用声发射信号特征参数的趋势分析法和关联分析法。能够反映金属疲劳损伤过程。可以鉴别疲劳损伤的萌生、稳定扩展、快速扩展等不同阶段。并能实时提供疲劳损伤过程的时序特征。将声发射用于实时监测金属部件的疲劳损伤是可行的。其参数的变化趋势可以作为金属疲劳损伤特征的判断方法o(损伤)，以弹性波形式迅速释放应力和应变能的现象。声发射检测／监测技术是一种动态无损检测技术，适用于飞机材料、零部件及整机疲劳实时监测和实时损伤评价[2-6]o本文对飞机金属铆接部件的疲

3、劳断裂过程进行了声发射监测实验研究，通过采用参数分析技术和参数滤波的信号处理方法，在试验中成功监测到了疲劳裂纹的萌生，确定了声发射参数分析技术监控疲劳裂纹萌生的关键参数。试验简介1试验件及试验方案试验件为LYl2CZ铝合金板对接试样。试验件总长540mm，宽120mm；铆钉孔直径为6mm。试验在标准的材料试验机上进行，试验加载方案为P。。=48．136kN，Pmi。=--1．496kN，P．=24．816kN，f_-lOHz。2声发射监测部位的选择和传感器布置根据试验件的受力分析及以往的试验经验，裂纹萌生位置最有可能图1传

4、感器安装位置实物图无损检测出现在中间2排钉问，所以中间2排铆钉所在的区域是重点监控区。本次试验采用4个传感器构建2个监控通道组的布置方案，其中14、24传感器构成通道组[1，2]，3。、矿传感器构成通道组[3，4]，如图1所示。3声发射设备及其参数设置试验中采用的声发射设备是PAC公司的8通道DiSP系统，并通过用断铅模拟声发射信号，在试验件空载下，实测试验件声速，以提高试验中事件数平面定位分析的准确性；分析断铅信号定义AE信号的峰值，从而获得上升时间、信号持续时间等参数的正确值，避免将一次声发射事件误判为二次或多次，有效

5、地抑制试验件边界回波产生的干扰噪声。并在试验件加载下，采集了初始信号，这部分信号主要是由试验机工作、试件内部以及两者这间摩擦等产生，属于噪声信号，应设定合适频率和门槛值进行剔除[7-8]o通过前期的调试试验，最终设定的声发射各项参数如下：幅值门槛值设为50dB，前放增益设为40dB，峰值定义时间(PDT)设为300Ixs，频率设为100～400kHz，声发射事件定义时问(HDT)设为600Ixs，撞击闭锁时间(HLT)设为1000Ixs，材料声速设为6280m／s。图4通道组幅值随时间变化图试验中的声发射信号与分析由于铆接

6、接头和孑L之间在载荷作用下，有摩擦产生，这部分信号严重影响试件声发射信号的监测。本文采用参数分析技术和参数滤波的信号处理方法，对12件试验件进行监测试验。经过验证，试验过程中所采用的监测方案及信号处理方法对其中10件试验件裂纹萌生与扩展过程的监测均取得了较好的试验效果，以下对试验过程中的典型声发射波形进行分析。图2通道组能量率、绝对能量率随时间变化图图3通道组信号强度率、计数率随时间变化图试验开始的前40000次循环内，声发射信号波动不大，数据曲4豁3器z潜1带0liouDIOO图5事件位置分布图线比较平缓，而在45000

7、次循环至75000次循环内，通道组【3，4]的信号强度率、能量率、计数率和绝对能量率的实时变化发生突变(图2、图3)，幅值变化也呈现增长趋势，最高幅度接近75dB(图4)，而且探头3和探头4之间的事件数明显增多(图5)，由此可以推断出在探头3和探头4之间可能已有裂纹萌生。同时结合各通道的参数变化曲线(图6、图7)，可进一图6通道gt[1，21撞击率、能量率、计数率、绝对能量率、信号强度率随时间变化图2013年第419l·肮审制造技术53图7通道组[3。4】撞击率、能量率、计数率、绝对能量率、信号强度率随时间变化图步推断出所

8、产生的裂纹位于探头3附近。而此时现场目视检查，探头3附近的铆钉头外未见可见裂纹。在试验进行到86000次环循至100000次循环时，2个通道组的幅值信号再次出现异常，最高幅度达到80dB，而且这一阶段的高幅值信号的事件数较裂纹萌生阶段明显增多，意味着萌生的裂纹进入了扩展阶段；而且此时各通道的能量率、绝对