一种基于声热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，涉及喷涂层寿命预测技术领域。本发明专利技术采用红外热像技术和声发射技术同时在线监测涂层接触疲劳寿命的信息融合技术，不仅可以有效预警涂层失效，而且可以较精确地预测涂层寿命。基于声/热信号特征的SVR寿命预测模型，从预测模型的角度体现了声/热信号的信息融合。这样的预测方式避免了经典实验力学方法仅从影响因素对接触疲劳寿命的作用出发，采用Weibull分布等统计学方法进行寿命预测研究的局限性，从监测信号的角度出发，克服了采用制备工艺、材料体系、服役条件、涂层质量及表面性能参数等因素建模的限制，从工程实际的角度对涂层的服役安全和寿命进行预测，更符合工程应用的需要。符合工程应用的需要。符合工程应用的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及喷涂层寿命预测
，具体涉及一种基于声热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法。

技术介绍

[0002]热喷涂技术是再制造工程中，用于解决如轴类、齿轮等旋转部件由于一些表面损伤而提前报废，导致材料剩余寿命极大浪费而造成经济损失的一项重要的表面处理技术。一些用于提高旋转部件表面耐磨性能的热喷涂层，如AT40涂层在工程应用中不可避免地受到了接触应力的作用，为了确保再制造零部件在服役中的安全性，对涂层接触疲劳失效的研究已成为再制造工程中一项重要且有意义的工作，对涂层接触疲劳寿命的预测亦成为了热点和难点问题。
[0003]无损检测由在不损伤被测对象材质和结构的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对声、光、电、磁、热等反应的信息，实现对各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷的探测，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸和分布等情况作出判断和评价的技术，已在许多领域发挥了重要的作用。采用无损检测技术监测再制造涂层的接触疲劳失效，是提高涂层接触疲劳寿命预测精确度的一种重要手段。因为涂层在变形和断裂失效时发生快速释放瞬态弹性波的现象，声发射检测技术可以实现对瞬态弹性波的有效捕捉，目前已在热喷涂层接触疲劳失效研究中得到了应用。经分析Fe
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Cr合金涂层的接触疲劳过程的声发射信号发现，声发射信号不仅能反应涂层接触疲劳失效的损伤过程，而且振幅和能量还能较灵敏地反应疲劳裂纹的萌生和扩展过程。利用声发射技术实时监测Fe基涂层在球盘式接触疲劳试验机上的疲劳磨损行为，通过切取声发射信号幅值和绝对能量反馈的不同阶段的试样，并对试样表面和截面裂纹进行观察和统计研究，结果亦表明声发射幅值和绝对能量能反映涂层的疲劳磨损过程。根据这一研究发现，将涂层的疲劳磨损过程划分成了弹塑性变形、裂纹萌生、裂纹稳定存在、裂纹稳定扩展、裂纹失稳扩展5个阶段。进一步研究发现，声发射幅值和计数对Fe基涂层的接触疲劳失效损伤程度反映灵敏，并且在不同的损伤失效阶段有不同的幅值和计数。用声发射幅值高敏感性，将AT40陶瓷涂层接触疲劳失效过程划分为了3个阶段：磨合阶段、稳定阶段和疲劳断裂阶段。进一步，基于声发射计数的特征，将AT40陶瓷涂层的分层失效和表面磨损失效划分为多个失效类型，采用EMD方法，将各个类型的声发射信号均分解成了4个固有模态分量。研究发现，对于不同的失效模式，在各个失效阶段，这些固有模态分量的波形具有不同的变化特征。进一步，采用声发射计数，对AT40陶瓷涂层分层失效过程进行监测，采用EMD方法将分层失效过程分成3个阶段：正常接触阶段、疲劳裂纹萌生阶段和分层失效阶段。采用声发射计数，对NiCr
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Cr3C2在滚动/滑动下的接触疲劳失效过程进行分析可知，NiCr
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Cr3C2在滚动/滑动下的接触疲劳失效过程分成正常接触、裂纹萌生、裂纹扩展和材料去除4个阶段。正常接触阶段大约占寿命的15％，裂纹萌生占寿命的48％，裂纹扩展阶段占寿命的34％，材料去除阶段约占余下寿命的3％。这些研究，仅考虑了众多声发射参数中的幅值、绝对能量、能量和计数，每个声发射
参数都有自身的物理意义和应用特点，参数的选择缺乏说服力，应该系统研究声发射参数的变化规律，为声发射信号分析参数的确定提供依据。
[0004]热喷涂层在各影响因素的作用下，涂层表面温度发生变化，导致涂层内部存在温度分布，伴随着涂层表面的温度变化，涂层发生损伤失效。所以，涂层表面温度变化对涂层的接触疲劳寿命有重要影响。一切温度超过热力学温度的物体都会向周围不断地发出红外辐射，红外热像检测技术就是以红外辐射原理为基础，采用红外辐射测量方法对物体的表面温度及温度分布进行测量，检验其内部缺陷或判断其运行状态的一种无损检测技术，适用于与温度变化有关的测量，在航空航天、机械、医疗、电力、军事、地质勘探等领域已得到广泛应用。目前，有关红外热像技术在涂层接触疲劳失效研究中，当处于裂纹稳定存在与扩展阶段后期及失稳断裂失效阶段时，红外热像信号峰频的突变峰值出现的时间较晚，表明红外热像信号在涂层处于裂纹稳定存在与扩展阶段后期及失稳断裂失效阶段时灵敏性较差。
[0005]因此，亟需提供一种基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，不仅可以有效预警涂层失效，而且可以较精确地预测涂层寿命，更符合工程应用的需要。
[0007]为实现上述目的，提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，包括：
[0009]S1、获取多组样本数据，所述多组样本数据为以多个因素为变量，对多个喷涂有涂层的试验基体进行接触疲劳寿命试验获取的；
[0010]S2、通过红外热像仪监测每一组样本中的喷涂层在接触疲劳试验中的温度变化，从而获取每一组样本中的喷涂层温度变化的温度极差，并根据每一组的温度极差计算多个样本的温度极差均值；
[0011]S3、声发射信号特征参数提取：分析预测AE信号参数的概率密度曲线，对声发射信号参数进行主成分分析，进行红外热像信号突变点处声发射信号参数特征分析，再进行声发射信号参数的显著性检验；
[0012]S4、按照预设划分规则，将所述多组样本数据划分为训练集和测试集，采用支持向量机原理，根据所述训练集构建预测模型，训练集中除去选取训练样本后余下的试验数据作为测试集，测试样本用于检验所构建模型的性能；
[0013]S5、根据所述预测模型对待预测的喷涂层进行寿命预测，获取所述待预测的喷涂层的预测寿命。
[0014]进一步地于，所述样本数据包括试验基体的试验寿命；
[0015]相应地，在步骤S2之前，步骤S1之后，所述方法还包括：
[0016]对各组样本数据中的试验寿命进行正态化处理；
[0017]判断各组样本数据中的试验寿命的正态分布是否满足预设条件；若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S1。
[0018]进一步地，步骤S2包括：
[0019]根据接触应力、转速和滑差率三个可控制因素，从多组样本数据中筛选出初始训练集；
[0020]采用黄金分割法，结合所述初始训练集中元素个数，确定所述训练集中包含的样本数据个数的范围；
[0021]对于每一训练集，获取每一训练集中训练样本的信息熵，每一训练集包含样本数据的个数不同；
[0022]将信息熵最小的训练集中所包含的数据个数作为所述训练集中包含样本数据的最优个数。
[0023]进一步地，步骤S4中在根据所述训练集构建预测模型步骤之前，需要对声/热信号参数标准化，具体包括：通过计数、信号强度、接触点温度极差和温升速度对涂层寿命的预测，采用z
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score标准化处理如下：
[0024][0025]上式中，和s分别表示第i个参数变量的样本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：S1、获取多组样本数据，所述多组样本数据为以多个因素为变量，对多个喷涂有涂层的试验基体进行接触疲劳寿命试验获取的；S2、通过红外热像仪监测每一组样本中的喷涂层在接触疲劳试验中的温度变化，从而获取每一组样本中的喷涂层温度变化的温度极差，并根据每一组的温度极差计算多个样本的温度极差均值；S3、声发射信号特征参数提取：分析预测AE信号参数的概率密度曲线，对声发射信号参数进行主成分分析，进行红外热像信号突变点处声发射信号参数特征分析，再进行声发射信号参数的显著性检验；S4、按照预设划分规则，将所述多组样本数据划分为训练集和测试集，采用支持向量机原理，根据所述训练集构建预测模型，训练集中除去选取训练样本后余下的试验数据作为测试集，测试样本用于检验所构建模型的性能；S5、根据所述预测模型对待预测的喷涂层进行寿命预测，获取所述待预测的喷涂层的预测寿命。2.根据权利要求1所述的基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述样本数据包括试验基体的试验寿命；相应地，在步骤S2之前，步骤S1之后，所述方法还包括：对各组样本数据中的试验寿命进行正态化处理；判断各组样本数据中的试验寿命的正态分布是否满足预设条件；若是，则执行步骤S2；若否，则执行步骤S1。3.根据权利要求1所述的基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤S2包括：根据接触应力、转速和滑差率三个可控制因素，从多组样本数据中筛选出初始训练集；采用黄金分割法，结合所述初始训练集中元素个数，确定所述训练集中包含的样本数据个数的范围；对于每一训练集，获取每一训练集中训练样本的信息熵，每一训练集包含样本数据的个数不同；将信息熵最小的训练集中所包含的数据个数作为所述训练集中包含样本数据的最优个数。4.根据权利要求1所述的基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，S4中在根据所述训练集构建预测模型步骤之前，需要对声/热信号参数标准化，具体包括：通过计数、信号强度、接触点温度极差和温升速度对涂层寿命的预测，采用z
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score标准化处理如下：上式中，和s分别表示第i个参数变量的样本均值和样本标准差。5.根据权利要求1所述的基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤S5具体包括：采用声/热信号特征，及接触应力、滑差率、转速、结合强度、显微硬度和涂层厚度作为输入变量时，制作接触疲劳寿命在RBF核函数下的预测值的散点图。
6.根据权利要求1所述的基于声/热信号的喷涂层接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过红外热像仪监测每一组样本中的喷涂层在接触疲劳试验中的温度变化，包括：在接触疲劳试验开始至喷涂层失效期间，采用红外热像仪监测接触疲劳试验机上标准辊与设置有喷涂层的测试辊之间的接触点的表面温度。7.根据权利要求3所述的基于声/热信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斗，马润波，董丽虹，邢志国，底月兰，郭伟，杨洁，李荣浩，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：