镁碳质耐火材料受压损伤声发射研究

摘要

耐火材料是炼铁、炼钢、铸造等工业生产炉衬结构中必不可少的重要支撑材料。本文针对耐火材料常温下受压损伤过程中出现的微观损伤机制问题，利用声发射技术获取其中的损伤信号，研究了声发射信号的特征以及其损伤源，为耐火材料受载损伤的微观损伤机制研究提出有效的研究方法。主要研究内容包括:
　　1、通过对镁碳质（MgO-C）耐火材料试件进行单轴压缩试验，采用声发射(AcousticEmission,AE)技术检测材料受压损伤的声发射信号及损伤过程记录，发现了材料受载损伤可分为:初始损伤、损伤扩展、急剧损伤三个阶段，最终试件整体破坏。
　　2、采用小波变换方法对声发射信号进行分解，运用小波能量系数，结合不同损伤相的物理特性，寻找与特定损伤机理相关的频率特征。结果显示，声发射信号的能量主要集中在两种频率范围内，说明材料此时表现出两种不同的主导性损伤机制，为判别镁碳质耐火材料受压损伤机制提供了一种有效方法。
　　3、利用经验模态分解分析瞬态突变信号的优势，将声发射信号分解成固有本征分量，分别计算时域及频域特征值以构造特征矩阵，采用主成分分析对特征矩阵进行降维，获取描述声发射信号的主要分量，在此基础之上，以主分量作为输入参数，结合支持向量机对损伤信号进行分类。结果显示，运用该方法所得分类结果能够很好地与电镜扫描结果相吻合，为镁碳质耐火材料受载损伤声发射信号的特征分析提供了新的思路。
　　论文提出的基于小波变换与能量系数法可有效用于分析与提取声发射信号的频率特征;基于经验模态分解与主成分分析的处理方法能较好地达到降低特征矩阵维数及损伤划分的目的，为镁碳质耐火材料受载损伤声发射信号特征研究提供了新的思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源与研究意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 本文的研究意义

1．2 声发射的发展概述

1．2．1 声发射的基本原理及发展现状

1．2．2 声发射技术在复合材料中的应用

1．3 小波变换的发展概述

1．3．1 小波变换的基本原理

1．3．2 小波变换在声发射信号处理中的应用

1．4 经验模态分解与主成分分析的发展概述

1．4．1 EMD与PCA的理论概述

1．4．2 基于EMD与PCA的信号分析方法

1．5 本文主要研究工作

第2章 镁碳质耐火材料单轴受压声发射试验

2．1 声发射的理论概述

2．1．1 声发射原理及特点

2．1．2 声发射源

2．1．3 声发射检测系统

2．1．4 声发射信号的分类及其特征

2．1．5 声发射信号处理方法

2．2 镁碳质耐火材料受压声发射试验

2．2．1 声发射采集系统

2．2．2 声发射传感器及前置放大器

2．2．3 试验材料及仪器

2．3 试验过程

2．3．1 试验参数设定

2．3．2 试验步骤

2．4 本章小结

第3章 基于小波分析的镁碳质耐火材料受压损伤声发射信号分析

3．1 小波分析的基本理论

3．1．1 小波分析的基本原理及其性质

3．1．2 常用小波函数

3．1．3 连续小波变换

3．1．4 离散小波变换

3．1．5 小波基函数与分解尺度的选取

3．2 小波能量系数

3．3 镁碳质耐火材料受损声发射信号的小波分析

3．3．1 材料损伤声发射历程

3．3．2 声发射信号小波分析

3．4 本章小结

第4章 基于经验模态分解与主成分分析的材料损伤声发射信号特征分析

4．1 经验模态分解基本概述

4．1．1 经验模态分解发展现状

4．1．2 经验模态分解的原理

4．2 希尔伯特-黄变换

4．3 主成分分析基本理论

4．3．1 主成分分析的发展概述

4．3．2 主成分分析的算法

4．4 支持向量机学习算法

4．5 基于经验模态分解与主成分分析的材料声发射特征分析

4．6 数据处理结果与扫描电子显微镜观察结果对比分析

4．7 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

在攻读硕士期间发表的论文