Исследование пластической деформации алюминиевых сплавов с использованием вейвлет-преобразований сигналов акустической эмиссии

А.А. Дмитриев, В.В. Поляков, А.А. Лепендин

Аннотация на русском языке

В работе исследована акустическая эмиссия при пластической деформации и разрушении алюминиевого сплава, при этом в качестве параметров, описывавших деформационное поведение материала, было предложено использовать коэффициенты вейвлет-разложений сигналов акустической эмиссии. На рисунке приведены кривая деформационного упрочнения алюминиевого сплава σ-ɛ и напряжение U акустической эмиссии.Исследована акустическая эмиссия в процессе развития пластической деформации в алюминий-магниевых сплавах АМг5м при статическом растяжении. Для нагружаемого материала были выявлены стадия линейного упрочнения, две стадии параболического упрочнения и стадия предразрушения. Установлено изменение вида акустико-эмиссионных сигналов при смене стадий деформационного упрочнения. Пластическое течение на первой стадии сопровождалось формированием пика акустической эмиссии, который сменялся на следующей стадии высокоамплитудными осцилляциями. Далее для стадии прерывистой текучести наблюдались всплески сигналов различной амплитуды, отражавшие динамику формирования и развития полос локализованной деформации. Изменение сигналов акустической эмиссии отражало эволюцию процессов деформационного упрочнения при нагружении материала. Для описания влияния стадийности деформационных процессов на параметры акустической эмиссии исходный акустико-эмиссионный сигнал разбивался на отдельные временные блоки. К каждому из таких блоков применялось дискретное вейвлет-преобразование, характеризовавшее временную зависимость формы сигналов на конкретном участке кривой деформационного упрочнения, соответствующем выделенному блоку. Применяемая вейвлет-обработка обеспечивала выделение огибающей для низкочастотных компонент временных блоков регистрируемых акустико-эмиссионных сигналов. Полученные коэффициенты вейвлет-разложений обрабатывались с помощью проекционных методов многомерного анализа данных и анализировались на плоскости первых главных компонент. Установлено, что точки многомерного пространства, характеризовавшие блоки сигналов на отдельных стадиях, разделялись на частично перекрывавшиеся кластеры, соответствовавшие этим стадиям. Результаты работы показывают, что использование в качестве релевантных параметров коэффициентов вейвлет-разложений акустико-эмиссионных сигналов может быть использовано при исследовании и диагностике стадий деформационного упрочнения алюминий-магниевых сплавов.

Ссылки (20)

1.
A. Marec, J.‑H. Thomas, R Guerjouma. Mechanical Systems and Signal Processing. 22(6), 1441 – 1464 (2008). DOI: 10.1016/j.ymssp.2007.11.029
2.
A. A. Lependin, V. V. Polyakov. Technical Physics. 59(7), 1041 – 1045 (2014). DOI: 10.1134/S1063784214070184
3.
D. B. B. Ferreira, R. R. Da Silva, J. M. A. Rebello, M. H. S. Siqueira. Insight. 46(5), 282 – 289 (2004). DOI: 10.1784/insi.46.5.282.55560
4.
S. A. Mallat. Wavelet Tour of Signal Processing. Academic Press. P. 795 (2009).
5.
M. A. Hamstad, A. O᾽Gallagher, J. J Gary. Acoustic Emission. 20, 39 – 61 (2002).
6.
N. Qing-Qing, I. Masaharu. Engineering Fracture Mechanics. 69(6), 717 – 728 (2002). DOI: 10.1016/S0013-7944(01)00105-9
7.
A. V. Egorov, S. V. Kucheryavskiy, V. V. Polyakov. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 160, 8 – 12 (2017). DOI: 10.1016/j.chemolab.2016.11.007
8.
K. H. Esbensen. Multivariate Data Analysis — In Practice. CAMO Process AS. P 160 (2002).
9.
M. V. Markushev, M. Y. Murashkin. The Physics of Metals and Metallography. 92(1), 90 – 98 (2001). (in Russian) [М. В. Маркушев, М. Ю. Мурашкин. Физика металлов и металловедение. 92(1), 90 – 98 (2001).]
10.
D. V. Mihlik, A. A. Shibkov. Izvestija Tulskogo gosudarstvennogo universiteta (in Russian) 3, 184 – 190 (2011). [Д. В. Михлик, А. А. Шибков. Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 3, 184 – 190 (2011)]
11.
M. M. Krishtal, D. L. Merson. The Physics of Metals and Metallography. 81(1), 156 – 162 (1996). (in Russian) [М. М. Криштал, Д. Л. Мерсон. Физика металлов и металловедение. 81(1), 156 – 162 (1996)]
12.
S. A. Barannikova, V. I. Danilov, L. B. Zuev. Technical Physics. 74(10), 52 – 56 (2004). (in Russian) [С. А. Баранникова, В. И. Данилов, Л. Б. Зуев. Журнал технической физики. 70(10), 52 – 56 (2004)]
13.
M. M. Krishtal. Physical Mesomechanics. 7(5), 5 – 29 (2004). (in Russian) [М. М. Криштал. Физическая мезомеханика. 7(5), 5 – 29 (2004).]
14.
P. V. Trusov, E. A. Chechulina. Vestnik of Perm national research polytechnic university. Mechanics. 3(1) 186 – 232 (2014). (in Russian) [П. В. Трусов, Е. А. Чечулина. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 3(1), 186 – 232 (2014).] DOI:10.15593/perm.mech/2014.3.10
15.
A. V. Egorov, V. V. Polykov, E. А. Gumirov, А. А. Lependin. Instruments and Experimental Techniques. 48(5), 667 – 670 (2005). DOI: 10.1007/s10786‑005‑0119‑6
16.
A. A. Shibkov, M. A. Zeltov, A. E. Zolotov, A. A. Denisov. Vestnik of Tambov state university. 15(3), 1269 – 1273 (2010). (in Russian) [А. А. Шибков, М. А. Желтов, А. Е. Золотов, А. А. Денисов. Вестник Тамбовского государственного университета. 15(3), 1269 – 1273 (2010).]
17.
S. V. Makarov, V. A. Plotnikov, E. A. Kolubaev. Izvestiya of Altai state university. 81(2), 207 – 210 (2014). (in Russian) [С. В. Макаров, В. А. Плотников, Е. А. Колубаев. Известия Алтайского государственного университета. 81(2), 207 – 210 (2014).] DOI: 10.14258/izvasu(2015)1.2-05
18.
V. V. Gorbatenko, V. I. Danilov, L. B. Zuev. Technical Physics. 87(3), 372 – 377 (2004). (in Russian) [В. В. Горбатенко, В. И. Данилов, Л. Б. Зуев. Журнал технической физики. 87(3), 372 – 377 (2017).] DOI: 10.21883/JTF.2017.03.44241.1818
19.
L. Yang, Y. C. Zhou, W. G. Mao, С. Lu. Applied Physics Letters. 93(23), 1 – 3 (2008). DOI: 10.1063/1.3043458
20.
E. Hamdi, A. Le Duff, S. Laurent. Applied Acoustics. 74(5), 746 – 757 (2013). DOI: 10.1016/j.apacoust.2012.11.018