声发射技术测量变压器局部放电的现状与进展

2013-11-27 10:32:09来源: 互联网 关键字:声发射技术  测量变压器  局部放电
声发射技术在复合材料发展中的应用

     一、声发射技术机理及特征
      声发射(Acousticemission简称AE)又称应力波发射,是材料或零部件受力作用产生变形、断裂,或内部应力超过屈服极限ss而进入不可逆的塑性变形阶段,以瞬态弹性波形式释放应变能的现象。
      在外部条件作用下,固体(材料或零部件)的缺陷或潜在缺陷改变状态而自动发出瞬态弹性波的现象亦为声发射。
      通常意义上的声发射源,一般是指材料受力的作用所产生的各种变形和断裂机制,例如:金属材料中的裂缝扩展、位错运动、滑移带的形成、孪生变形、晶界滑移、夹杂物的分离与开裂;复合材料中的基体开裂、层间分离、纤维和基体间界面分离和纤维断裂等,这些无损检测的主要对象,都是重要的声发射源。
      声发射波的频率范围很宽,从次声频、声频直到超声频。它的幅度动态范围亦很广,从微弱的位错运动直到强烈的地震波。然而,声发射作为无损检测与无损评价手段,则是采用高灵敏度传感器,在材料或构件受外力的作用,且又远在其达到破损以前,接收来自这些缺陷与损伤开始出现或扩展时所发射的声发射信号,通过对这些信号的分析、处理来检测、评估材料或构件缺陷、损伤等内部特征。从而,通过声发射检测,可以确定:[1]
      1.材料或构件何时出现损伤;
      2.材料或构件出现损伤的部位;
      3.材料或构件出现损伤的严重程度及其危害性,对构件作出结构完整性评价。
      作为一种新的无损检测技术,声发射检测技术与常规无损检测技术:渗透、磁粉、涡流、射线、超声检测相比较具有两个基本性的特点:?敏感于动态缺陷,而不是静态缺陷;即不像其他无损检测技术只是在缺陷出现后,事后静态检测时才能发现,而是在缺陷萌生和扩展过程中,即能实时发现。-声发射波来自缺陷的本身而不是外部;从而可以得到有关缺陷的丰富的信息以及检测的高灵敏度与高分辨率
      以上两大特点导致该项技术具有了以下不同于常规无损检测技术的优点:
      1)可获得关于缺陷的动态信息,并据以评价缺陷的实际危害程度,以及结构的整体性和预期使用寿命;
      2)对大型构件,不需要移动传感器做繁杂的扫查操作,只要布置好足够数量的传感器,经一次加载或试验过程,即可大面积检测确定缺陷的位置和监视缺陷的活动情况,操作简便,省工、省时;
      3)可提供随载荷、时间、温度等处施变量而变化的实时瞬态或连续信息,因而适用于过程监控,以及早期或临近破坏的预报;
      4)对被检工件的接近要求不高,因而适用于其它无损检测方法难以或不能接近的,如高低温、核辐射、易燃、易爆和极毒等环境下的检测;
      5)对构件的几何形状不敏感,适于检测其他方法所不能检测的形状复杂的构件;
      6)几乎所有材料在变形和断裂时均产生声发射,适用范围广。
      二、声发射技术在复合材料领域中的应用
      复合材料是一种多相材料,由两种或多种性质不同的材料组成,其主要组分是增强材料和基体材料,基本的结构形式是层压件和缠绕件。
      复合材料因高的比强度和比模量以及良好的抗疲劳性和成形工艺性,而在航空、航天、造船、建筑、桥梁等工业部门得到了大量的应用,并在压力容器、管道,以及某些关键部位代替金属材料。但是,纤维增强复合材料具有导电性差、热传导率低、声衰减高等特点,在机械和物理性能方面呈显著的各向异性,这使得它对无损检测的波传播所起的作用与金属材料迥异,因而,其无损检测也与金属材料显然不同。
      复合材料结构由于制造工艺的特殊性,许多工艺参数的微小差异会导致其产生诸多缺陷,使产品质量呈现明显的离散性。这些缺陷严重地影响构件的机械性能、结构完整性和使用寿命。
      复合材料结构缺陷的类型繁多,但大致可以分为两大类:
      1)通常表现为损害构件的机械性能和物理性能的有:气孔、夹杂、分层、纤维断裂或不平直、纤维与基体的比值不正确、纤维和基体的结合状况不佳、基体疏柱、基体裂缝、基体固化状态不良等;
      2)通常表现为损害构件的整体完整性的有:脱粘、横向断裂、龟裂、缺胶、胶层厚度不均匀、结构内部损伤等。
      面对上述种类繁多的缺陷,迄今,还没有一种无损检测方法可以检测各种复合材料构件的所有缺陷。在实际应用中,往往需根据复合材料构件的形状、类型、使用要求,要求检测的缺陷类型、大小、位置、取向及检测设备检测能力等因素,选用几种不同的方法互相补充。    
      然而,我们对每一复合材料构件无损检测的目标是在于:检测它的结构的完整性、强度和承载能力,评估它的使用寿命和使用安全性。
      由于复合材料构件不同于金属构件的特殊性,且对它的破坏机理还缺乏系统的了解,因而对它的主要缺陷类型仍是众说纷纭,还不能用一、两种主要类型的缺陷来决定其使用性能,评估预期寿命。例如,高性能的金属结构,相对来说,是用不包含所不希望存在的缺陷的材料制成的。在使用中,破损往往起源于裂缝开始扩展为可辩认的缺陷的时候,而且发生于裂缝继续扩展以后。所以,在大多数金属结构中,我们所查找的基本缺陷是裂逢,一旦用无损检测方法确定了有缺陷的结构,就可以利用断裂力学的基本概念,计算出使用条件下金属构件的预期寿命。
      正如上文所述,复合材料至今尚不能以少数的几种类型缺陷确定为损伤起源的主要缺陷。
      大量实验证明:有些具有明显宏观缺陷的架件,加载试验到破坏,其疲劳寿命不一定就短;相反,有些无明显宏观缺陷的构件,若隐含有常规无损检测难以检出的、基体微裂纹等缺陷,在实验中发现其所具有的疲劳寿命则远短于正常构件。
      由于声发射对缺陷起始和扩展的特有的敏感性,以及其所具有动态检测强度和评估使用寿命的独特功能,从而近年来,复合材料无损检测与评价技术已经把重点转移到,利用声发射技术检测材料与构件的缺陷(包括微观缺陷)与损伤的萌生与扩展,并据以评估缺陷的危害程度,测定结构强度、整体性和预期使用寿命。对复合材料的发展而言,声发射技术不仅仅是内部缺陷和损伤的无损检测手段,且已成为材料性能(包括断裂性能和力学性能等)研究、强度检测与使用寿命评估的必不可少的方法。
      声发射技术作为一种检测技术起步于50年代初的德国,60年代,该项技术在美国原子能和宇航技术中迅速兴起,并在玻璃钢固体发动机壳体的检测方面出现工业应用的首例[2]。70年代,在日、欧及我国相继得到发展,但因当时的技术和经验所限,仅只获得有限的成功。80年代,声发射技术开始获得较为正确的评价,并获得迅速发展,已在金属和玻璃钢压力容器、储罐、管道等重要领域进入工业应用和标准化阶段。随着计算机技术和信号处理技术的迅猛发展,国内先进声发射设备研制公司在声发射技术软/硬件方面的一些重大技术突破,以及新的数字化声发射系统和相应的商业化实用软件包的推出,已能获得复合材料缺陷与损伤,在其萌生和发展中,甚为丰富的和极其活跃的信息,使声发射技术成为在复合材料等先进的、新型材料研究和生产中不可替代的动态无损检测技术。
      声发射技术在这一领域的应用大致可分如下几个方面:    
      在复合材料性能研究方面的应用;
      在复合材料结构完整性检测方面的应用;
      在复合材料结构制造过程监测方面的应用。
      三、在复合材料性能研究方面的应用
复合材料与传统的金属材料相比,在航空航天以及军用和民用领域得到越来越广泛应用的最重要因素是其强度高、重量轻、机械性能优越,而这些卓越性能则来自于复合材料中各构成成份本身的优越性能和合理搭配。对于复合材料的强度、韧性方面的研究,离不开实验手段,而声发射技术在这些实验研究中扮演极其重要角色。复合材料的损伤形式很复杂,大致可分纤维断裂,基
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编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1127/article_21247.html
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