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基于改进EMD算法的木材声发射信号特征研究方赛银;邱荣祖;李明【摘要】针对EMD算法中三次样条插值拟合的过冲现象及误差传播问题,依据插值节点的极值属性,提出一种改进的分段三次Hermite插值算法.随后将改进的EMD算法用于木材AE信号特征分析,首先通过三点弯曲试验获取木材损伤过程AE信号,然后对AE信号进行小波降噪处理,并对处理后的AE信号进行EMD分解,最后利用相关性原理确定IMF主分量,依据IMF主分量的频率分布确定木材AE信号的特征频率范围,并结合瞬时频率判定和统计AE事件.试验结果表明,小波和EMD联合的方法能够明显提高木材AE信号特征分析效果,同时根据瞬时频率判定AE事件具有更为明确的物理意义.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)023【总页数】7页(P292-298)【关键词】经验模态分解;木材;声发射;小波【作者】方赛银;邱荣祖;李明【作者单位】福建农林大学交通与土木工程学院,福州350002;西南林业大学机械与制造工程学院,云南650224;福建农林大学交通与土木工程学院,福州350002;西南林业大学机械与制造工程学院,云南650224【正文语种】中文【中图分类】S781.38材料在受外力或内力作用产生变形或断裂时，以弹性波的形式释放应变能的现象称为声发射(Acoustic Emission, AE)。
AE信号能够动态反映材料内部应力应变的产生和发展状况，从而为材料损伤提供了一种主动的无损监测方法。
Ohuchi等[1]通过拉伸试验研究木材早晚材的AE特征，Ritschel等[2-3]利用AE事件数研究木材和层积材内部损伤的发展规律。
孙建平等[4]研究木材在动态载荷下的AE事件的变化规律，郭晓磊等[5]利用AE特征研究木基复合材料内部损伤过程，丁小康等[6]根据AE信号特征研究木材干燥开裂过程。
上述研究的主要依据是AE事件的相关统计参数，然而由于木材是多孔的各向异性材料，无论是AE信号的传播还是衰减规律都与金属等材料存在本质差异，仅靠AE信号的幅值来确定AE事件是不准确的。
基于声发射技术的材料断裂与监测材料断裂是指在外力作用下，材料发生失效的过程。
对于工程中的材料或结构来说，断裂可能导致严重的后果，因此及时准确地监测和诊断材料的断裂状况至关重要。
声发射技术是一种基于材料内部发生的微小应力释放所产生的声波信号来监测材料断裂的非破坏性检测方法。
一、声发射技术简介声发射技术最早应用于地质学领域，用于监测地壳运动和地震活动。
随着科学技术的发展，声发射技术得到了广泛应用。
该技术通过在被测材料表面或内部采集声波信号，并结合信号的频谱、幅值、波形等特征，可以实时地监测材料的断裂活动。
二、声发射监测的原理声发射监测的原理是基于材料内部的微小应力释放。
当材料受到外力作用时，内部应力会产生变化，当应力超过材料的破坏强度时，材料会发生断裂。
在断裂瞬间，材料内部会释放出声波信号。
这些声波信号被传感器采集并转化为电信号，经过信号处理后反映了材料断裂的位置、瞬时幅值、频率等信息。
三、声发射监测的应用领域1. 材料工程和结构工程：声发射技术可以用于检测金属、混凝土、陶瓷等材料的断裂情况，对于预防工程事故具有重要作用。
2. 岩土工程：通过声发射监测可以实时地监测岩石和土壤的断裂活动，预测地质灾害风险，提高工程安全性。
3. 材料研究：声发射技术可以用于材料的断裂破坏机理研究，为新材料的研发提供参考和指导。
四、声发射监测的优势声发射监测作为一种非破坏性检测方法，具有以下优势：1. 实时性：声发射监测可以实时地监测材料的断裂活动，及时掌握材料破坏状态，为防止事故的发生提供重要依据。
2. 灵敏度高：声发射技术可以检测到微小裂纹的形成和扩展，对于材料破坏的预测具有较高的灵敏度。
3. 非破坏性：声发射监测不会对被测材料造成破坏，能够有效保护被测材料的完整性。
4. 数据量大：声发射监测可以采集大量的数据，利用数据分析技术可以解析材料断裂的规律，为预测材料寿命提供科学依据。
五、声发射监测的挑战与发展趋势声发射监测技术虽然已经在多个领域得到应用，但仍然面临一些挑战。
木材力学特性研究及其应用前景展望随着现代工业的发展，木材作为一种原始资源，一直都被广泛地使用。
木材材性的研究和分析可以指导我们更好地利用木材，提高木材的使用价值，为社会和经济发展做出贡献。
本文将探讨木材力学特性研究及其应用前景展望。
一、木材力学特性简介木材的力学性质是指由于外界作用下，木材在承受外力时所表现出来的反应和变形能力。
这些力学性质与木材的组织结构、密度、水分含量、孔隙率等因素有关。
木材常见的力学性质包括抗拉强度、抗弯强度、抗压强度、剪切强度等。
抗拉强度指的是在木材纤维平行于力向的方向上，材料承受抗拉破坏前所承受的最大荷载；抗弯强度指在木材板的边缘所承受的最大荷载；抗压强度指在木材的腰部所承受的最大荷载；剪切强度则指在木材平面内施加剪切力所产生的破坏应力。
除了上述常见的力学特性，还有一些比较特殊的力学特性。
例如弹性模量、压缩弹性模量、剪切模量等。
弹性模量是指材料承受载荷时由于弹性恢复的能力，而得到的一个重要力学特性。
压缩弹性模量则是指材料在承受纵向压缩力时所表现出的弹性特性。
二、木材力学特性的研究价值木材力学特性的研究在木材的利用中具有十分重要的价值。
首先，在家具、装饰建材、运动器材、地板材料等领域中，对于木材的强度和耐久性的要求很高。
因此，对木材的力学特性进行研究和测试，可以更好地选择和评判木材的品质，确保其应用的效果和安全性。
其次，木材的力学特性还被广泛应用于工业加工中。
如木材机械加工、杆件设计、MDF生产、木结构工程、家具制造等都需要严格的木材力学特性要求。
熟悉木材力学特性的研究人员可以通过对木材的特性分析，选择合适的加工方法，提高生产效率和质量，节约原材料。
最后，木材力学特性的研究也与森林资源的开发和保护息息相关。
通过对森林资源进行采伐和利用时的木材力学特性分析，可以更好地掌握森林资源的潜力和保护林木木的生命力，使得森林资源在利用上既能满足社会的需要，也能更好地保护环境。
三、木材力学特性研究的意义木材力学特性的研究对于现代木材产业来说，是十分必要的。
基于声发射技术的材料损伤检测与分析声发射技术是一种非破坏性检测技术，通过监测材料内部产生的声波信号来实现对材料损伤的检测与分析。
本文将介绍声发射技术的原理及其在材料损伤检测与分析中的应用。
声发射技术的原理是利用材料在受到外部载荷作用时，内部结构发生变化而产生的声波信号。
这些声波信号可以通过传感器捕捉到，并经过信号处理后得到相关的特征参数，如声发射事件的数量、发生的时间和持续的时间等。
通过对这些特征参数的分析，可以判断材料是否存在损伤，并推断损伤的类型和严重程度。
声发射技术在材料损伤检测与分析中具有广泛的应用。
首先，声发射技术可以用于监测材料的疲劳损伤。
在材料长期受到循环载荷作用时，会产生微裂纹或位错等微小缺陷，这些缺陷会导致声发射事件的发生。
通过监测声发射事件的数量和特征参数的变化，可以判断材料的疲劳寿命和剩余寿命，从而及时采取维修或更换措施，避免材料的断裂失效。
其次，声发射技术可以用于检测材料的裂纹扩展。
当材料中存在裂纹时，裂纹在受到外部载荷作用时会扩展，这会引起相应的声发射事件。
通过监测声发射事件的位置和数量变化，可以判断裂纹的扩展速率和路径，进而评估材料的使用寿命。
此外，通过分析声发射事件的声波频谱和能量分布，还可以推断裂纹的形态和性质。
此外，声发射技术还可以应用于材料的塑性变形监测。
在金属材料加工过程中，塑性变形会引起材料内部的微观位移和应力变化，从而产生声发射事件。
通过监测数量和特征参数的变化，可以掌握材料的变形状态和塑性行为，为材料的加工和工艺优化提供参考。
最后，声发射技术还可以用于材料的高温损伤检测。
一些高温工况下的材料，如航空发动机叶片和燃烧器壁等，容易受到高温热应力和热膨胀的影响，导致材料的损伤和失效。
声发射技术可以实时监测材料的热应力和热膨胀引起的声发射事件，并通过分析特征参数得到材料的热损伤情况，提供参考给维修和更换。
综上所述，基于声发射技术的材料损伤检测与分析在工程实践中具有重要意义。
基于声发射和神经网络的木材受力损伤过程检测【摘要】在目前的林业生产技术检测工作中，基于声发射和神经网络技术为主的木材检验方法采用越来越广泛，已成为各种木材检验工作中最为常见的一种，尤其是在木材受力损伤检测工作中，应用更为普遍。
本文主要针对受理木材的声发射信号进行检测和研究，实现了木材损伤过程的全面、深入检测。
在研究的过程中所采用的序列号是一种以神经网络模型作为主要基础，对声发射信号的积累以及时间序列号的累积进行仿真检测的。
截至目前，就众多的检测结果表明：利用声发射和神经网络技术为主的木材检验误差率仅为5.6%，而采用误差较大的样本进行检测的时候，其局部误差极大的提升，甚至高达10%，因此就需要在工作中对局部检测技术进行合理分析和归纳，从而实现综合、系统的检测标准。
【关键词】木材检验；声发射；受力损伤；神经网络自上个世纪中期以来，德国人首先在林业检测中开始利用声发射和神经网络技术进行材料性能的研究和检测，由于在工作中声发射现象和神经网络技术对于各种木材缺陷的形成有着极强的敏感性，因此其具备着极高的动态检测优势和评估材料使用性能的作用。
在社会发展中，国内外学者对于木材检测工作的研究越来越深入，也逐步形成了一套综合、系统、深入的研究流程，这也是目前林业生产工作中，业内工作人员研究的核心话题。
1.声发射和神经网络技术分析在目前的木材检验工作中，利用神经网络建模方式对声发射累积下的各种能量参数以及所能够承受的时间序列进行了合理的预测，研究了其中木材检验工作在受力状态下所发生的种种情况，然后利用人工神经网络对声发射信号、时间序列参数进行深入的总结和归纳，从而针对材料内部的状态进行了实时检测，使得木材受力破坏现象能够提前得到遏制。
1.1声发射分析所谓的声发射可以定义为物体或者材料在发生变化的时候，内部迅速释放能量而产生的瞬态弹性波动，这种弹性波动的存在是一种极为突出的物理现象，而声发射信号则表示是一个或者多个声发射模式，并且进过传感器验收并接受神经系统处理而形成的某种特定的形式以及电信号。
木材断裂行为及其声发射特性研究的开题报告一、研究背景及意义木材作为一种传统材料，在日常生活中被广泛使用。
随着社会经济的发展，木材被应用于建筑、家具、木艺等领域中，而载荷承受、纹理方向、含水率等因素都会影响木材的性能及其断裂行为。
因此，研究木材的断裂行为及声发射特性，对于深入理解其力学性能，进而指导材料的设计以及使用具有重要意义。
二、研究目的本文旨在探究木材的断裂行为及其声发射特性，分析不同载荷、纹理方向、含水率等因素对于木材断裂的影响，并建立相应的数学模型，为木材的设计以及使用提供科学依据。
三、研究内容1. 收集不同种类、不同含水率的木材样本，并分别进行力学测试，记录木材的力学性能参数。
2. 通过声发射技术，采集木材断裂时的声波信号，并对声波信号进行分析，得出相应的声发射特性参数。
3. 分析不同载荷、纹理方向、含水率等因素对于木材断裂的影响，并建立相应的数学模型，对木材的断裂行为进行数值模拟。
4. 对实验结果进行统计分析，并得出相应的结论，为木材的设计以及使用提供科学依据。
四、研究方法1. 实验法：选择不同种类、不同含水率的木材样本，采用万能试验机进行力学测试，记录木材的力学性能参数。
2. 声发射技术：采用声发射技术，监测木材断裂时的声波信号，并对声波信号进行分析，得出相应的声发射特性参数。
3. 数值模拟：根据实验数据，建立相应的数学模型，并对木材的断裂行为进行数值模拟，分析不同因素对于木材断裂的影响。
五、研究方案及进度安排1. 选题和综述阶段（1-2周）：收集相关文献，了解木材的力学性能及断裂行为等基础知识。
2. 实验阶段（4-5周）：选取不同种类、不同含水率的木材样本，进行力学测试，记录木材的力学性能参数。
3. 声发射分析阶段（2-3周）：采用声发射技术采集木材断裂时的声波信号，并对声波信号进行分析，得出相应的声发射特性参数。
4. 数值模拟阶段（2-3周）：建立相应的数学模型，对木材的断裂行为进行数值模拟，分析不同因素对于木材断裂的影响。
第14卷 第1期 世 界 林 业 研 究 V o l.14 No.1 2001年2月 Wo rld Fo restr y Resear ch Feb.2001木材声振动特性的研究与进展沈 隽 刘一星(东北林业大学,哈尔滨150040)摘要 木材受机械振动作用表现出的特性,是木材声学性质研究的基础。
通过对棒状、薄板木材模型的研究,了解乐器材振动特性,掌握乐器材料振动测试的关键参数,对乐器材选择十分重要。
文章论述了国内外木材声振动特性研究的发展历史、研究现状与发展趋势,着重描述了国外同行在此研究领域作出的贡献,为今后国内乐器材振动特性研究提供借鉴。
关键词 木材 声振动特性 研究与进展1 木材声振动特性研究是乐器材选择的理论基础在音响学逐步发展的基础上,木材振动特性研究开始发展起来。
人们知道,木材和其它具有弹性的材料一样,在冲击力或周期性外力的作用下能产生和传播振动,这种对外力振动的反应是木材产生声音效果的源泉。
振动的木材表面将激发周围的空气,以空气为媒介,将振动以波的形式传入人耳。
声学性能好的木材具有优良的声共振性和振动频谱特性,能够在冲击力作用下,由本身的振动辐射声能,发出优美音色的乐音,并将弦振动的振幅扩大并美化其音色向空间辐射声能。
振动的木材及其制品所辐射的声能,按其基本频率的高低,产生不同的音调;按其振幅的大小,产生不同的响度;按其共振频谱特性,即谐音(泛音)的多寡及各谐音的相对强度,产生不同的音色。
乐器和声学器具广泛应用木材作为共鸣音板,就是利用了木材的声振动特性及其辐射声能的能力,乐器的质量最基本的有赖于选用材料的声学特性。
我国民族乐器琵琶、扬琴、月琴,西洋乐器钢琴、提琴、木琴,均采用木材制作共鸣板或发音元件,就是利用了木材的声振动特性。
在电声乐器系统中,也常常利用木材的良好音质特性,制成各种类型特殊的音筒,以调整扬声器的声学性质,创造出优美动听的音响效果。
因而研究木材振动特性对乐器制造有着极其重大的意义。
木材的声学特性与建筑设计优化研究进展分析在建筑设计领域，对于材料特性的深入理解和应用是实现优质空间设计的关键。
木材作为一种历史悠久且广泛应用的建筑材料，其声学特性近年来受到了越来越多的关注。
通过研究木材的声学特性并将其应用于建筑设计的优化，不仅能够提升建筑的声学性能，还能为使用者创造更加舒适和宜人的空间环境。
木材的声学特性主要包括吸音、隔音和声音扩散等方面。
首先，木材具有一定的吸音能力。
这是由于木材的多孔结构和纤维特性，能够吸收一部分声波的能量，从而减少声音的反射和混响。
不同种类和纹理的木材，其吸音性能也会有所差异。
一般来说，质地疏松、孔隙较多的木材吸音效果相对较好。
例如，松木和杉木在一定程度上能够有效地吸收中高频声音。
在隔音方面，木材虽然不如一些专门的隔音材料，但通过合理的构造和组合，仍然可以起到一定的隔音作用。
木材的密度和厚度对隔音效果有着重要影响。
较厚且密度较大的木材能够阻挡更多的声音传播。
此外，将木材与其他隔音材料结合使用，如在木墙中间添加隔音棉等，能够显著提高整体的隔音性能。
声音扩散是木材声学特性的另一个重要方面。
良好的声音扩散可以使声音在空间中均匀分布，避免出现声音集中和局部过响的情况。
木材表面的纹理和粗糙度会影响声音的扩散效果。
经过适当处理的木材表面，如采用不规则的木纹或进行磨砂处理，可以增强声音的扩散，改善声学环境的质量。
在建筑设计中，充分利用木材的声学特性可以实现多方面的优化。
例如，在音乐厅、剧院等对声学要求较高的场所，设计师可以选择合适的木材种类和构造方式来控制声音的反射、吸收和扩散，以达到最佳的声学效果。
在住宅和办公建筑中，利用木材的吸音特性可以降低室内噪音，提高居住和工作的舒适度。
近年来，随着研究的不断深入和技术的发展，木材声学特性在建筑设计中的应用也取得了一些新的进展。
一方面，新型木材处理技术的出现，使得木材的声学性能能够得到进一步的改善和优化。
通过对木材进行化学处理、热处理或者压缩处理等，可以改变木材的微观结构和物理性能，从而提高其吸音、隔音和声音扩散的能力。
