张进等：基于声发射监测的316LN不锈钢的疲劳损伤评价 ·467· -一实测裂纹长度 a 6- 6 一。一实测塑纹长度 ·基于能量率的裂纹长度 ·基于计数率的裂纹长度 4 4 3 3 2 2 1 40000 80000 120000 1600X0 200000 48000 80000 120000 160000 200000 循环次数，N 循环次数，N 。实测裂纹长度 (c) 一基于幅值率的裂纹长度 4 80000 120000 160000 200000 循环次数，N 图9基于能量率(a)、计数率(b)和幅值率(c)疲劳裂纹长度的实测值和计算值对比 Fig.9 Comparison between measured crack length and calculated crack length by AE energy rate (a),count rate (b)and amplitude rate (c) 将其与直流电位法测得的数据进行比较.可以看 段，可以为工程人员提供失效预警 出，基于声发射计数率、能量率和幅值率计算出的裂 (2)噪声信号的幅值较小且信号持续时间较 纹长度在循环次数较低时和实测的裂纹长度相差很 长，信号包含的频率成分比较复杂，而裂纹扩展信号 小，随着循环次数的增加，计算值要明显大于实测的 是突发型信号，衰减较快，信号频率主要集中在80~ 裂纹长度.循环次数较高时计算的裂纹长度大于实 170kHz范围内.在实际疲劳监测过程中出现类似 测值的原因是多方面的：疲劳裂纹表面间的摩擦会 特征的信号时需要特别关注 产生附加声发射信号，导致采集到的声发射参数高 (3)建立了316LN不锈钢材料声发射计数率、 于实际值；直流电位法计算疲劳裂纹长度时存在误 能量率和幅值率与疲劳裂纹扩展速率之间的定量关 差，包括实验测量误差以及用加载频率和时间计算 系式，并对疲劳裂纹长度进行定量预测.结果表明 疲劳循环次数时的误差：利用声发射参数计算裂纹 预测结果与实测值接近，且随着循环次数的增加，预 长度时，除了声发射系统自身的系统误差外，积分运 测结果偏向保守.这对工程失效预警而言具有积极 算过程中本身就会产生一定的计算误差：另外，计算 意义，可为材料的寿命预测提供依据. 模型不可避免地会存在一定的偏差.因此结合实验 参考文献 结果可以得出，用声发射技术监测316LN不锈钢的 疲劳裂纹扩展的结果偏于保守，但对于工程测量而 [1]Luo Z G.Li J,Wang X.Application of AE on fatigue crack prop- agation.Manuf Technol Mach Tool,2008(10):134 言，声发射监测技术仍可用于预测疲劳裂纹扩展以 (骆志高，李举，王祥.声发射技术在疲劳裂纹检测中的应 及评估材料的疲劳剩余寿命. 用.制造技术与机床，2008(10)：134) ] Xu C H,Liu L Q,Chen G M.Characteristics analysis of acoustic 3 结论 emission signals from steel specimens under tensile fracture and fa- (1)声发射能够对316LN不锈钢的疲劳裂纹损 tigue crack condition.J China Unin Petrol Ed Nat Sci,2009,33 (5):95 伤进行有效评估.累积计数、累积能量、累积幅值等 (徐长航，刘立群，陈国明.钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发 曲线上的转折点标志着裂纹扩展进入快速扩展阶 射特征分析.中国石油大学学报（自然科学版），2009,33张 进等: 基于声发射监测的 316LN 不锈钢的疲劳损伤评价 图 9 基于能量率( a) 、计数率( b) 和幅值率( c) 疲劳裂纹长度的实测值和计算值对比 Fig． 9 Comparison between measured crack length and calculated crack length by AE energy rate ( a) ，count rate ( b) and amplitude rate ( c) 将其与直流电位法测得的数据进行比较． 可以看 出，基于声发射计数率、能量率和幅值率计算出的裂 纹长度在循环次数较低时和实测的裂纹长度相差很 小，随着循环次数的增加，计算值要明显大于实测的 裂纹长度． 循环次数较高时计算的裂纹长度大于实 测值的原因是多方面的: 疲劳裂纹表面间的摩擦会 产生附加声发射信号，导致采集到的声发射参数高 于实际值; 直流电位法计算疲劳裂纹长度时存在误 差，包括实验测量误差以及用加载频率和时间计算 疲劳循环次数时的误差; 利用声发射参数计算裂纹 长度时，除了声发射系统自身的系统误差外，积分运 算过程中本身就会产生一定的计算误差; 另外，计算 模型不可避免地会存在一定的偏差． 因此结合实验 结果可以得出，用声发射技术监测 316LN 不锈钢的 疲劳裂纹扩展的结果偏于保守，但对于工程测量而 言，声发射监测技术仍可用于预测疲劳裂纹扩展以 及评估材料的疲劳剩余寿命． 3 结论 ( 1) 声发射能够对 316LN 不锈钢的疲劳裂纹损 伤进行有效评估． 累积计数、累积能量、累积幅值等 曲线上的转折点标志着裂纹扩展进入快速扩展阶 段，可以为工程人员提供失效预警． ( 2) 噪声信号的幅值较小且信号持续时间较 长，信号包含的频率成分比较复杂，而裂纹扩展信号 是突发型信号，衰减较快，信号频率主要集中在80 ～ 170 kHz 范围内． 在实际疲劳监测过程中出现类似 特征的信号时需要特别关注． ( 3) 建立了 316LN 不锈钢材料声发射计数率、 能量率和幅值率与疲劳裂纹扩展速率之间的定量关 系式，并对疲劳裂纹长度进行定量预测． 结果表明 预测结果与实测值接近，且随着循环次数的增加，预 测结果偏向保守． 这对工程失效预警而言具有积极 意义，可为材料的寿命预测提供依据． 参 考 文 献 ［1］ Luo Z G，Li J，Wang X． Application of AE on fatigue crack prop￾agation． Manuf Technol Mach Tool，2008( 10) : 134 ( 骆志高，李举，王祥． 声发射技术在疲劳裂纹检测中的应 用． 制造技术与机床，2008( 10) : 134) ［2］ Xu C H，Liu L Q，Chen G M． Characteristics analysis of acoustic emission signals from steel specimens under tensile fracture and fa￾tigue crack condition． J China Univ Petrol Ed Nat Sci，2009，33 ( 5) : 95 ( 徐长航，刘立群，陈国明． 钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发 射特征分 析． 中国石油大学学报( 自 然 科 学 版) ，2009，33 · 764 ·