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声发射技术在动态摩擦过程中的应用研究

作　者: 高宏
导　师: 张守茁
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 声发射技术单向拉伸动态摩擦塑性成形
分类号: TH878
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

声发射是材料或结构受外力作用产生变形或断裂,以弹性波形式释放应变能的现象。真实的摩擦状态远非用四个摩擦经典定律来描述,尤其是金属塑性成形中的摩擦更要复杂的多,这就使得在真实的环境中检测摩擦状况很困难。在摩擦过程中,当两表面相互接触运动时,接触区域应力分布变化便产生声发射信号。为此通过声发射信号特征参数来评价摩擦,做到更有效、有针对性地检测与判断。本文首先对SPCC钢、纯铝板在单向拉伸实验过程进行声发射检测并分析该过程所产生的声发射信号特征,研究了厚度对铝板在单向拉伸过程中产生的声发射信号的影响。其次重点研究了45钢与SPCC钢、45钢与铝板在不同条件下(相对速度、正压力)的动态摩擦过程中所产生的声发射信号的参数特征,得出了相对运动速度以及正压力对摩擦过程的声发射能量、振铃计数、幅度等参数的影响。然后采用持续时间-幅度、能量-幅度关联分析方法比较了同种材料(SPCC钢、纯铝板)的单向拉伸与动态摩擦过程中所产生的声发射信号。最后将声发射技术应用在金属胀形过程的中的润滑与摩擦的检测。实验结果表明:(1)、SPCC钢、纯铝板在单向拉伸过程中的屈服阶段的声发射信号计数率达到峰值;加工硬化阶段的声发射信号计数率要少的多,随着厚度的增加,声发射信号量不但增多,声发射的能量、幅度、RMS值也在增大;在断裂之前出现突发型的声发射信号,声发射能量、振铃计数,幅度值达到最大,然后随着拉伸过程的结束,各个参数值迅速下降。(2)、动态摩擦过程的声发射信号与两相互接触物体的表面硬度差大小有关,硬度差较小的45钢与SPCC钢之间的摩擦声发射信号能量值、振铃计数值、幅度值随着相对运动速度、正压力的增大而降低,尤其是幅度变化最为明显、最为有规律。硬度差较大的45钢与铝板在摩擦过程中的声发射能量、振铃计数值、幅度随着相对运动速度、正压力增大而增大。SPCC钢的单向拉伸过程中的声发射信号幅度分布范围要大于摩擦过程的幅度分布范围。铝板单向拉伸过程所产生的声发射信号幅度范围与动态摩擦过程所产生的声发射信号的幅度范围一致。(3)、声发射信号各参数曲线比胀形力曲线更加灵敏的描述胀形过程的材料的受力状态、摩擦状况。而且随着润滑状态的好转,胀形过程的声发射能量值、振铃计数值在降低。由此可知,将声发射技术应用在金属之间动态摩擦监测是可行的,而且要考虑相对运动速度、正压力对摩擦过程所产生的声发射信号的影响。进而为工程中利用声发射技术检测摩擦与润滑奠定了实验的基础,为测量塑性加工中的摩擦与润滑状态拓展了新的研究角度。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 概述  10-11
  1.2 声发射技术的发展  11-13
    1.2.1 国外声发射技术的发展状况  11-12
    1.2.2 国内声发射技术的发展状况  12-13
  1.3 本课题背景及意义  13-15
  1.4 国内外相关领域研究进展  15-16
  1.5 本课题主要研究内容  16-18
第二章声发射技术原理  18-27
  2.1 声发射基础理论  18-19
  2.2 声发射技术特点  19-20
  2.3 常用声发射信号处理方法  20-27
    2.3.1 声发射信号的参数分析方法  20-25
    2.3.2 声发射信号的波形分析方法  25-27
第三章试验设备及参数设置  27-31
  3.1 SDAES 的工作原理  27-28
  3.2 SDAES 的系统基本配置与参数  28-31
    3.2.1 传感器  29
    3.2.2 耦合剂  29-30
    3.2.3 前置放大器  30-31
第四章金属材料单向拉伸实验声发射信号检测  31-42
  4.1 实验方法  31-33
    4.1.1 实验原理及步骤  31-32
    4.1.2 实验材料及规格  32-33
  4.2 SPCC 钢的拉伸力与声发射参数对比分析  33-36
  4.3 不同厚度铝板单向拉伸过程的声发射特征  36-41
    4.3.1 铝板拉伸过程中声发射信号幅度与拉伸力对比分析  36-38
    4.3.2 铝板拉伸过程中声发射信号能量与拉伸力对比分析  38-40
    4.3.3 铝板拉伸过程中声发射信号RMS 与拉伸力对比分析  40-41
  4.4 本章小结  41-42
第五章相对速度对动态摩擦过程声发射信号影响  42-62
  5.1 实验方法  42
  5.2 实验用材料及粗糙度测量  42-43
    5.2.1 实验材料  42-43
    5.2.2 粗糙度测量结果  43
  5.3 实验设备及参数设置  43-44
  5.4 相对速度对摩擦过程声发射能量影响  44-56
    5.4.1 45 钢与SPCC 钢在不同速度下的摩擦声发射能量  44-55
    5.4.2 45 钢与铝板在不同速度下的摩擦声发射能量  55-56
  5.5 相对速度对摩擦过程的声发射振铃计数影响  56-58
    5.5.1 45 钢与SPCC 钢在不同速度下的摩擦振铃计数  56-57
    5.5.2 45 钢与铝板在不同速度下的摩擦振铃计数  57-58
  5.6 相对速度对摩擦过程的声发射幅度影响  58-60
    5.6.1 45 钢与SPCC 钢在不同速度下的摩擦声发射幅度  58-59
    5.6.2 45 钢与铝板在不同速度下的摩擦声发射幅度  59-60
  5.7 本章小结  60-62
第六章正压力对动态摩擦过程声发射信号影响  62-72
  6.1 实验方法  62
  6.2 实验材料及设备参数设置  62
    6.2.1 实验材料  62
    6.2.2 实验设备参数设置  62
  6.3 正压力对摩擦过程声发射能量影响  62-65
    6.3.1 对45 钢-SPCC 钢摩擦声发射能量影响  63-64
    6.3.2 对45 钢-铝板摩擦声发射能量影响  64-65
  6.4 正压力对摩擦过程声发射振铃计数影响  65-68
    6.4.1 对45 钢-SPCC 钢摩擦声发射振铃计数影响  65-67
    6.4.2 对45 钢-铝板摩擦声发射振铃计数影响  67-68
  6.5 正压力对摩擦过程声发射幅度影响  68-70
    6.5.1 对45 钢-SPCC 钢摩擦声发射幅度影响  68-69
    6.5.2 对45 钢-铝板摩擦声发射幅度影响  69-70
  6.6 本章小结  70-72
第七章金属拉伸与动态摩擦声发射信号比较分析  72-86
  7.1 SPCC 钢的单向拉伸与摩擦声发射信号  72-79
    7.1.1 持续时间-幅度关联图分析  72-76
    7.1.2 能量-幅度关联图分析  76-79
  7.2 铝板的单向拉伸与摩擦声发射信号  79-85
    7.2.1 持续时间-幅度关联图分析  79-82
    7.2.2 能量-幅度关联图分析  82-85
  7.3 本章小结  85-86
第八章凸模胀形过程摩擦声发射信号检测  86-92
  8.1 实验原理及主要内容  86-87
  8.2 实验结果及分析  87-91
    8.2.1 润滑方式对胀形中声发射信号能量影响分析  87-89
    8.2.2 润滑方式对胀形中声发射信号振铃计数影响分析  89-90
    8.2.3 润滑方式对胀形中声发射信号幅度影响分析  90-91
    8.2.4 结果分析  91
  8.3 本章小结  91-92
第九章总结和展望  92-95
  9.1 总结  92-93
    9.1.1 单向拉伸过程的声发射信号特征  92
    9.1.2 动态摩擦过程的声发射信号特征  92
    9.1.3 金属单向拉伸过程与动态摩擦过程声发射信号比较分析  92-93
    9.1.4 金属胀形过程声发射信号特征  93
  9.2 展望  93-95
参考文献  95-99
致谢  99-100
在读期间取得的科研成果  100-101
个人简介  101

声发射技术在动态摩擦过程中的应用研究

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