[发明专利]一种使用声发射信号能量特征值预测脆性材料临界失稳的方法

权利要求书

1.一种使用声发射信号能量特征值预测脆性材料临界失稳的方法，其特征在于：其具体操作步骤为：

步骤一、在待监测脆性材料上安装声发射传感器，用于实时采集待监测脆性材料上的声发射信号；

步骤二、根据步骤一采集到的声发射信号的波形特征，选取小波基；

步骤三、使用步骤二选取的小波基，对步骤一采集到的声发射信号进行1级小波包分解，声发射信号被分解成低频段信号和高频段信号；

步骤四、分别计算低频段信号和高频段信号的能量特征值，分别用符号P₁和P₂表示；

步骤五、在步骤四的操作基础上，绘制低频段信号的能量特征值P₁的统计图和高频段信号的能量特征值P₂的统计图；

步骤六、根据低频段信号的能量特征值P₁的统计图和高频段信号的能量特征值P₂的统计图中，P₁和P₂的变化状态判断所述待监测脆性材料是否处于临界失稳状态；

步骤六中判断所述待监测脆性材料处于临界失稳状态的具体方法为：当某一声发射信号N之后连续a个声发射信号中b％的声发射信号的低频段信号的能量特征值，大于该声发射之前所有声发射信号中b％的声发射信号的低频段能量特征值；并且，该声发射信号之后连续a个声发射信号中b％的声发射信号的高频段信号的能量特征值，小于该声发射之前所有声发射信号中b％的声发射信号的高频段能量特征值，则判断声发射信号N之后的声发射信号频率降低；a≥50，b∈[50,100]；由于脆性材料破坏过程中裂纹源的尺度与声发射信号的频率成反比，因此判断待监测脆性材料处于临界失稳状态，即待监测脆性材料内的长裂纹处于快速扩展汇合阶段。

2.如权利要求1所述的一种使用声发射信号能量特征值预测脆性材料临界失稳的方法，其特征在于：其步骤一中所述脆性材料为陶瓷类材料、岩石和混凝土；所述陶瓷类材料包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化铝陶瓷、碳化硼陶瓷、碳化硅陶瓷和硼化钛陶瓷。

3.如权利要求1或2所述的一种使用声发射信号能量特征值预测脆性材料临界失稳的方法，其特征在于：其步骤二中所述低频段信号的频率范围为高频段信号的频率范围为f_max为所述声发射信号的最大频率。

4.如权利要求1或2所述的一种使用声发射信号能量特征值预测脆性材料临界失稳的方法，其特征在于：其步骤四中所述计算低频段信号和高频段信号的能量特征值P₁和P₂的具体步骤为：

步骤4.1：用公式(1)表示低频段信号的小波包分解系数；用公式将(2)表示高频段信号的小波包分解系数；

S_1n＝{x_1,n,n＝1,2,...,i/2}(1)

其中，S_1n表示低频段信号的小波包分解系数集合；x_1,n表示低频段信号的小波包分解的各个系数；i表示声发射信号的采样点数；

S_2n＝{x_2,n,n＝1,2,...,i/2}(2)

其中，S_2n表示高频段信号的小波包分解系数集合；x_2,n表示高频段信号的小波包分解的各个系数；

步骤4.2：用公式(3)表示低频段信号的能量，用符号E₁表示；用公式将(4)表示高频段信号的能量，用符号E₂表示；

E1=Σn=1i/2|x1,n|2---(3)]]>

E2=Σn=1i/2|x2,n|2---(4)]]>

步骤4.3：通过公式(5)得到低频段信号的能量特征值P₁；通过公式(6)得到高频段信号的能量特征值P₂；

P₁＝100*(E₁/(E₁+E₂))(5)

P₂＝100*(E₂/(E₁+E₂))(6)。