Page 94 - 无损检测2024年第四期
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魏 莱,等:
基于 MFCC 的碳纤维复合缠绕气瓶损伤声发射信号分析
但融合信号无明显变化趋势。以上可行性 分析表 号, 发现主要有单峰值突发型和多峰值突发型, 并且
明, 该方法可以达到识别不同单一信号类型的目的, 不同损伤类型的声发射信号发生次序和频率等都是
但对融合信号的分析效果不理想。 无规律且随机的, 因此以分析单峰值信号为试验重
点。对比 R3 传感器和 WSA 传感器收集到的声发
2 试验方法
射信号, 发现 R3 采集频带窄, 得到的信号主要频率
试验选用的 CFRP 气瓶长度为 60cm , 瓶身直 分布规律不明显, 因此后续试验利用 WSA 所得数
径为20cm , 瓶口直径为4cm , 气瓶质量为 6.71k g , 据进行分析。
气瓶缠绕层由纤维和树脂组合而成, 其中纤维材料 对冲击能量为 30J的声发射信号进行分析, 在
成分为 T700 碳纤维, 树脂材料成分为环氧树脂, 试 冲击破坏后续阶段, 按照时间相邻的先后顺序, 先找
件数量为 5 个。 CFRP 气瓶试件实物如图 4 所示。 到信号 A , 然后找到信号 B 。信号 A , B 的时域波形
和频域波形如图 6 , 7 所示。
图 4 CFRP 气瓶试件实物
试验采用 CLC-A 落锤式冲击试验机, 其有效冲
击高度为1.5m 。在气瓶上布置1个 R3传感器, 1个
WSA 传感器和4 个 WD 传感器, 传感器布置位置示
意如图5所示。采集系统使用 PCIE 高速声发射采集
卡, 声发射采集仪器参 数设定如下: 门槛 电压 值 为
40dB ; 前置放大增益为40dB ; 采样频率为2MHz ; 以
真空润滑脂作为耦合剂。气瓶试件在声发射检测前,
先用断铅芯法对数据采集系统进行标定。
图 6 30J冲击能量下试件声发射信号 A , B 的时域波形
从图 6 , 7 可 以 看 出, 信 号 A 主 要 频 率 集 中 在
10~50kHz , 峰值频率为 40kHz ; 信号 B 主要频率
图 5 传感器布置位置示意 集中在 90~110kHz , 峰值频率为 95kHz 。根据碳
试验冲击能量设置为 10 , 20 , 30 , 45 , 60J , 在进 纤维复合材料损伤信号基本特征可知, 基体开裂信
行试验前, 先将试件固定在冲击夹具上, 然后将传感 号频率较低, 分层损伤信号频率较高, 因此可以判断
器通过耦合剂贴于试件表面, 并将冲头位置对准试 出信号 A 为基体开裂信号, 信号 B 为分层损伤信
件的冲击点位置。检查周围环境, 确保没有影响声 号。分别对这两种不同类型损伤信号进行 MFCC
发射检测的噪声, 然后启动冲击试验机, 在冲击试验 提取, 其结果如图 8 所示, 可见相同冲击下的同类型
机控制系统界面中输入冲击能量值, 冲击试验机将 信号参数值及变化趋势基本相同。
自动调节落锤高度, 并在到达指定能量高度后释放 用梅尔倒谱系数对冲击后续阶段不同类型的声
落锤, 完成相应的落锤冲击试验。 发射信号数量进行统计时发现, 在冲击能量为 10J
时, 基体开裂类型信号占据信号总数的 100% ; 在冲
3 气瓶损伤声发射信号的 MFCC 提取
击能量为 20J 时, 基体开裂信号占据信号总数 的
通过分析大量 CFRP 气瓶冲击损伤声 发射信 80%左右, 分层信号占据总数的 18% 左右, 2% 为摩
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2024 年 第 46 卷 第 4 期
无损检测
