陶瓷辊棒破坏过程与增韧效应的声发射特性研究

　　利用声发射特征参数对氧化铝陶瓷和氧化锆增韧氧化铝陶瓷的损伤破坏过程进行了研究。根据声发射幅度及撞击数随时间的分布规律，并结合能量计数率和振铃计数率可以将氧化铝陶瓷及氧化锆增韧氧化铝陶瓷的损伤破坏过程分为四个阶段：裂纹闭合阶段、裂纹成核阶段、裂纹稳定发展阶段及临界失稳阶段。通过分析这四个阶段的声发射幅度、撞击数、能量计数和振铃计数的变化规律，将声发射特征与材料的损伤破坏程度建立对应关系，以实现对陶瓷辊棒的损伤检测。分析了ZTA陶瓷破坏过程中与氧化铝陶瓷的差异。由于ZTA陶瓷内氧化锆颗粒的增韧作用，阻碍了裂纹的发展，ZTA陶瓷产生明显声发射信号时的外力要高于氧化铝陶瓷；由于ZTA陶瓷裂纹扩展时要克服氧化锆颗粒对其的阻碍作用，因此当ZTA陶瓷裂纹扩展时释放的断裂表面能要高于氧化铝陶瓷，所以ZTA陶瓷破坏过程中检测到更多的声发射能量。由于氧化锆颗粒对裂纹的阻碍作用，ZTA陶瓷内的裂纹不容易一直扩展下去，随着载荷的增加，在其他位置发生微裂纹的成核、扩展，所以一般会检测到更多的声发射信号。根据这些声发射现象可以更直接对ZTA陶瓷的增韧效果进行表征。

　　陶瓷辊棒损伤断裂为微裂纹发展演化的结果，而陶瓷辊棒内部微裂纹的产生、扩展、汇合都会引起声发射现象，声发射累积特征参数能够反映陶瓷辊棒内部的损伤程度。利用声发射累积事件数和累积能量计数可对陶瓷辊棒的损伤进行定量的表征，给出陶瓷辊棒在恒速率单轴压缩载荷作用下的损伤演化方程。发展了一种利用声衰减特性和能量参数相结合对声发射源进行定位的新方法，并利用声发射仪对材料以铅笔芯断裂作为模拟源进行一维和二维测试，证明这种无需声速测量的新方法的准确性可以得到保证。

　　通过对三种氧化铝基陶瓷辊棒破坏过程中产生的声发射信号应用时域抽取基-2快速傅里叶变换(DIT-FFT)算法，发现陶瓷信号频率在50KHz-400KHz之间呈现一些明显的多尖峰性质，包含多种频谱成分，说明陶瓷声发射信号是由某些频段信号叠加而成，产生的能量分布在某些较窄的频段附近。将声发射信号进行小波包分解，使其分解为不同频带的子信号，分别计算相应子信号的能量特征值，定量的给出了裂纹成核及临界失稳前的声发射信号频率特征，并验证了陶瓷辊棒压缩破坏时，不同尺度的裂纹产生的声发射信号的频率不同，尺寸越长的裂纹扩展时倾向于产生频率更低的声发射信号，利用该结论可有效的检测陶瓷辊棒裂纹扩展前的危险程度。

　　分析了Geiger算法中初值的选择问题，可以利用最小二乘法获得临时初值，并将该初值代入Geiger算法进行迭代计算。利用该优化算法进行了二维平面定位和三维空间定位的实验验证，并分析了定位精度。采用优化后的Geiger算法对AD95氧化铝陶瓷试件压缩破坏过程中的声发射源进行定位，通过陶瓷压缩破坏过程中的声发射源空间分布图像，进一步分析了材料内微裂纹的产生和扩展趋势，进而对材料的破坏过程进行预测和判断。

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