声发射技术的基础原理
声发射技术的原理及其应用
声发射技术的原理及其应用1. 引言声发射技术是一种非破坏性检测方法，广泛应用于工程结构、材料以及地下管线等领域。
本文将介绍声发射技术的原理及其在各领域中的应用。
2. 声发射技术的原理声发射技术是通过检测材料或结构在负载下释放的声音信号来评估它们的状态和可靠性。
其原理可简述如下：•声发射源：当结构或材料发生变形或损伤时，会释放大量的弹性能量。
这些释放的能量以形式各异的声波传播出来，形成声发射信号。
声发射源可以是材料的微小裂纹、构件的变形或断裂等。
•传感器：声发射技术通常使用传感器来接收由声发射源发出的声波信号。
传感器可以是压电传感器、麦克风或加速度计等。
•数据采集：传感器将接收到的声波信号转换为电信号，并通过数据采集系统进行记录和处理。
采集到的数据可以用于进一步的分析和评估。
•分析和评估：通过对采集到的声发射信号进行分析和评估，可以确定结构或材料的状态、位置和类型等信息。
常用的分析方法包括时间域分析、频域分析和能量分析等。
3. 声发射技术的应用声发射技术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍其中一些主要应用。
3.1 工程结构监测声发射技术可以用于工程结构的监测和评估，例如：•桥梁：声发射技术可用于检测桥梁中的裂缝、腐蚀和变形等问题，帮助工程师及时采取维修措施，确保桥梁的安全性。
•建筑物：声发射技术可用于监测建筑物中的结构损伤，例如裂缝、脱落和变形等，以保证建筑物的结构完整性。
•输电线路：声发射技术可以感知输电线路的杆塔和绝缘子的电弧放电，提前发现线路的故障和潜在故障。
3.2 材料缺陷检测声发射技术可以用于材料缺陷的检测和评估，例如：•金属材料：声发射技术可用于检测金属材料中的裂纹、腐蚀和疲劳等问题，对于工业生产中的质量控制和安全评估非常重要。
•复合材料：声发射技术可以检测复合材料中的纤维断裂、层间剥离和断裂等问题，用于评估材料的可靠性和耐久性。
3.3 地下管线检测声发射技术可以用于地下管线的检测和监测，例如：•燃气管线：声发射技术可以用于监测燃气管线中的泄漏，通过分析声发射信号的频率和能量等特征，可以定位管线泄漏的位置。
声发射技术的基础原理PPT课件
复合材料的声发射检测
总结词
复合材料的声发射检测是评估复合材料结构完整性和性能的重要手段。
详细描述
复合材料由多种材料组成，其结构复杂，传统的无损检测方法难以有效评估其完整性。声发射技术能够检测复合 材料在受力过程中产生的声波信号，通过分析这些信号可以判断复合材料的损伤程度、界面脱粘等缺陷，为复合 材料的安全使用提供保障。
近年来，随着计算机技术和数字信号处理技术的进步，声发射技术得到了进一步的 发展和完善，提高了其检测精度和可靠性。
声发射技术的应用领域
航空航天
声发射技术用于检测飞机和航 天器的关键部件，如发动机、 机身和机翼等，以确保其安全
可靠。
石油化工
声发射技术用于检测石油和化 工管道、压力容器等设备的裂 纹和缺陷，提高设备的安全性 能。
声发射信号的预处理
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去噪
去除声发射信号中的噪声， 提高信号的信噪比。
滤波
根据需要将信号中的特定 频率成分进行提取或滤除。
放大
将微弱的声发射信号进行 放大，以便后续处理和分 析。
声发射信号的特征提取
时域特征
提取信号的幅度、持续时 间、上升时间等时域参数。
频域特征
对信号进行频谱分析，提 取频率、带宽等频域参数。
等，这些成果为声发射技术的应用提供 了重要的技术支持。
声发射技术的发展趋势与未来展望
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随着科技的不断发展， 声发射技术也在不断进 步和完善。未来，声发 射技术将朝着高精度、 高可靠性和智能化的方 向发展。
在高精度方面，通过改 进信号处理技术和算法， 提高声发射检测的分辨 率和准确性，实现对微 小缺陷和损伤的准确检 测。
声发射技术的应用原理
声发射技术的应用原理概述声发射技术是一种利用声波信号进行数据传输的技术。
该技术通过发射特定频率和振幅的声波，以达到传输数据的目的。
本文将介绍声发射技术的应用原理及其相关应用领域。
应用原理声发射技术的应用原理基于声波的特性。
通过在特定环境中产生声波并监听其传播过程中的变化，我们可以得到有关环境的信息。
声发射技术的应用原理主要包括以下两个方面：1.声波特性分析：–声波传播速度：不同介质中声波的传播速度不同，通过测量声波在不同介质中的传播速度可以获得有关介质的信息。
–声波衰减：声波在传播过程中会受到衰减，通过测量声波的衰减情况可以了解介质的特性。
–声波反射：声波在遇到障碍物时会发生反射，通过测量反射的声波可以了解障碍物的位置和形状。
–声波干扰：声波传播过程中可能会受到其他声源的干扰，通过分析干扰的声波可以了解干扰源的位置。
2.数据传输：–通过改变声波的频率、幅度等参数来表示不同的数据。
–接收端通过解码接收到的声波信号，将其转换为对应的数据。
应用领域声发射技术在许多领域中得到了广泛应用，下面列举了几个典型的应用领域：1.石油勘探：–利用声发射技术可以测量地下岩层中的声波传播速度，以分析岩层的密度、孔隙度等参数，从而判断地下是否存在油气资源。
–声发射技术还可用于检测地震活动，及时预警地震灾害并进行防护措施。
2.建筑结构健康监测：–利用声发射技术可以监测建筑结构中的裂纹、腐蚀等缺陷，提前预警潜在安全隐患。
–声发射技术还可用于检测建筑物中的渗漏问题，为修缮提供指导。
3.铁路轨道检测：–利用声发射技术可以检测铁轨的裂纹、疲劳等问题，及早修补和维护轨道，确保列车行驶的安全。
–声发射技术还可用于检测列车车轮的磨损情况，合理规划车轮的更换周期。
4.航空航天：–在航天器发射升空过程中，声发射技术可用于监测发射载具的结构健康情况，确保发射过程安全可靠。
–在航空器飞行过程中，声发射技术可用于监测发动机的工作状态，发现异常情况及时修复。
声发射培训教材
声发射技术简介及有关标准国家质检总局锅检中心第一章概论1.1 声发射技术概念声发射技术（AET—Acoustic Emission Technique），是一种新兴的动态无损检测技术，其涉及声发射源、波的传播、声电转换、信号处理、数据显示与记录、解释与评定等基本概念，基本原理如图1-1所示。
图1-1 声发射技术基本原理声发射（AE—Acoustic Emission,），是指材料局部因能量的快速释放而发出瞬态弹性波的现象,这种现象叫声发射。
在应力作用下，材料变形与裂纹扩展，是结构失效的重要机制。
这种直接与变形和断裂机制有关的源，通常称为传统意义上或典型的声发射源。
另外，流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等与变形和断裂机制无直接关系的另一类弹性波源，称为其它或二次声发射源。
声发射波的频率范围很宽，从次声频、声频直到超声频，可包括数Hz到数MHz；其幅度从微观的位错运动到大规模宏观断裂在很大的范围内变化；按传感器的输出可包括数μV到数百mV。
不过，大多数为只是使用高灵敏的传感器（Sensor）或称探头，才能探测到的微弱振动。
目前，用最灵敏的传感器，可探测到约为10-11mm表面振动。
声发射源发出的弹性波，经介质传播到达被检物体的表面，引起表面的机械振动。
经耦合在被测物体表面的声发射传感器将表面的瞬态位移转换成电信号，声发射信号再经放大、处理后，形成其特性参数，并被记录与显示。
最后，经数据的解释，评定出声发射源的特性。
声发射检测的主要目标是：①确定声发射源的部位；②分析声发射源的性质；③确定声发射发生的时间或载荷；④评定声发射源的严重性。
一般而言，对超标声发射源，要用其它无损检测方法进行局部复检，以准确确定缺陷的性质与大小。
1.2 声发射技术的特点与其它无损检测方法相比，声发射技术具有两个根本的差别：①检测动态缺陷，而不是检测静态缺陷，如缺陷扩展；②缺陷本身发出缺陷信息，而不是用外部输入对缺陷进行扫查。
这种差别使得该技术具有以下优点和局限性。
声发射监测技术
机械设备故障诊断讲稿＿＿声发射监测技术声发射技术是根据结构内部发出的应力波来判断结构内部损伤程度的一种动态无损检测技术。
由于该方法能连续监视结构内部损伤的全过程，因此得到了广泛应用。
一、声发射监测的基本原理在日常生活中，人们会注意到，折断竹杆可以听到噼啦的断裂声，打碎玻璃可以听到清脆的破碎声，水开时可以听到对流声，这些都是人耳可觉查到的声发射现象。
通常，人们把物体在状态改变时自动发出声音的现象称为声发射。
其实质是物体受到外力或内力作用产生变形或断裂时，就以弹性波形式释放能量的一种现象。
由于声发射提供丁材料状态变化的有关信息，所以可用于设备的状态监测和故障诊断。
声发射源往往是材料损坏的发源地。
由于声发射源的活动常在材料破坏之前很早就会出现，因此，可根据材料的微观变形和开裂以及裂纹的发生和发展过程所产生声发射的特点及强度来推知声发射源目前的状态(存在、位置、严重程度)，而且可知道它形成的历史，并预测其发展趋势。
这就是声发射监测的基本原理。
二、声发射监测具有以下持点：(1)声发射监测可以获得有关缺陷的动态信息。
结构或部件在受力情况下，利用声发射进行监测，可以知道缺陷的产生、运动及发展状态，并根据缺陷的严重程度进行实时报警。
而超声波探伤，只能检测过去的状态，属于静态情况下的探伤。
(2)声发射监测不受材料位置的限制。
材料的任何部位只要有声发射，就可以进行检测并确定声源的位置。
(3)声发射监测只接收由材料本身所发射的超声波；而超声波监测必须把超声波发射到材料中，并接收从缺陷反射回来的超声波。
(4)灵敏度高。
结构缺陷在萌生之初就有声发射现象；而超声波、x射线等方法必须在缺陷发展到一定程度之后才能检测到。
(5)不受材料限制。
因为声发射现象普遍存在于金属、塑料、陶瓷、木材、混凝土及复合材料等物体中，因此得到广泛应用。
由于声发射具有以上特点，因此得到了科学家和工程技术人员的重视。
美国在l 964年就研制成功一套实用的声发射监测系统，并用于火箭发动机壳体水压试验的监测。
基于声发射技术的材料疲劳损伤监测
基于声发射技术的材料疲劳损伤监测声发射技术是一种常用于材料疲劳损伤监测的非破坏性测试方法。
它通过监测材料在加载过程中产生的声波信号来评估材料的疲劳破坏状态。
本文将介绍声发射技术的工作原理、应用范围以及未来的发展趋势。
一、工作原理声发射技术基于声波在材料中的传播特性进行研究。
当材料受到外部力加载时，内部的微小裂纹或缺陷将会产生应力集中，最终导致疲劳破坏。
在这个过程中，材料会释放出各种频率和幅度的声波信号。
声发射技术通过检测、记录和分析这些声波信号，以了解材料在加载中出现的疲劳损伤。
二、应用范围声发射技术广泛应用于不同类型材料的疲劳损伤监测，并被用于多个领域，如工程结构、航空航天、能源领域等。
2.1 工程结构工程结构是声发射技术应用的一个重要领域。
在桥梁、建筑物等大型结构中，声发射技术可以用于监测结构受到的负载和疲劳破坏情况。
通过实时监测声发射信号，结构的安全性和使用寿命可以得到评估和预测。
2.2 航空航天航空航天领域对于材料的疲劳损伤监测要求极高，因为任何小的疲劳破坏都可能会导致灾难性后果。
声发射技术可以帮助航空航天工程师监测材料的疲劳寿命，预测结构的性能变化，并根据监测结果进行修复和维护。
2.3 能源领域能源领域也是声发射技术的重要应用领域之一。
例如，在核电站中，材料的疲劳损伤监测对于保障设施的运行安全至关重要。
声发射技术可以监测关键设备中的裂纹和缺陷，及时发现潜在的问题，并采取措施进行修复和保养。
三、发展趋势随着科学技术的发展，声发射技术在材料疲劳损伤监测中的应用将会得到进一步提升。
以下是未来该技术发展的一些趋势：3.1 算法和分析方法的改进为了提高声发射技术的准确性和可靠性，研究人员将会不断改进算法和分析方法。
利用机器学习和人工智能等技术，可以更准确地判断材料疲劳破坏的位置和程度。
3.2 多传感器系统的应用多传感器系统可以提供更全面的监测和检测能力。
未来，声发射技术可能会与其他传感器技术相融合，形成更强大的监测系统。
混凝土材料声发射技术研究综述
混凝土材料声发射技术研究综述一、前言混凝土是一种广泛应用于建筑工程领域的材料，其优良的性能和可靠性得到了广泛认可。
然而，混凝土结构也存在一些缺陷和问题，例如开裂、渗漏、腐蚀等，这些问题可能会严重影响混凝土结构的使用寿命和安全性。
因此，如何及时发现和解决混凝土结构中的缺陷和问题，成为了当前混凝土结构工程领域亟待解决的问题。
声发射技术是一种有效的非破坏性检测方法，通过检测混凝土结构中的微小声波信号，可以及时发现混凝土结构中的缺陷和问题，提高混凝土结构的安全性和可靠性。
本文将对混凝土材料声发射技术的研究现状进行综述，以期为混凝土结构的安全性评估和保养提供参考。
二、混凝土材料声发射技术的原理声发射技术是一种利用物体内部微小应变产生的声波信号来检测物体缺陷和问题的非破坏性检测方法。
在混凝土结构中，由于内部应力的作用，混凝土材料中会产生微小的应变，这些应变会引起声波的产生和传播。
声发射技术通过检测混凝土结构中的微小声波信号，可以及时发现混凝土结构中的缺陷和问题。
混凝土材料声发射技术的原理主要包括以下几个方面：1.应变产生：混凝土结构中的内部应力和外部荷载作用下，会产生微小的应变。
2.应变集中：当混凝土结构中存在缺陷和问题时，应变会在该缺陷或问题处集中，并引起更大幅度的应变。
3.声波产生：当应变达到一定幅度时，会产生微小的声波信号。
4.声波传播：声波信号会沿着混凝土结构中的材料传播，直到被检测器接收并转换为可读的信号。
通过对混凝土结构中的微小声波信号进行分析和处理，可以确定混凝土结构中的缺陷和问题的位置、类型和严重程度。
三、混凝土材料声发射技术的应用领域混凝土材料声发射技术广泛应用于混凝土结构的缺陷检测、质量评估、安全评估和维护保养等领域。
具体应用领域包括以下几个方面：1.混凝土结构的缺陷检测：声发射技术可以及时发现混凝土结构中的裂缝、空洞、气泡、坍落、腐蚀等缺陷和问题。
2.混凝土结构的质量评估：声发射技术可以对混凝土结构的质量进行评估，确定混凝土结构的强度、韧性、耐久性等性能指标。
无损检测技术中的声发射检测方法
无损检测技术中的声发射检测方法声发射检测方法是无损检测技术中的一种重要方法，它通过监测材料或结构在受力或变形时产生的声波信号，识别出潜在的缺陷或病态信号，从而实现对材料或结构的监测和评估。
声发射检测方法具有灵敏度高、可靠性强、非破坏性的特点，被广泛应用于航空航天、能源、交通、制造等领域。
声发射检测方法的基本原理是利用物体在受力或变形时产生的应变能释放出声波信号。
当材料或结构中存在缺陷或病态时，这些缺陷会在受力或变形时产生能量释放，从而引起声波信号的发射。
通过分析和处理这些声波信号的特征参数，可以确定缺陷的位置、大小、性质以及材料或结构的损伤程度。
声发射检测方法在无损检测领域中有着广泛的应用。
首先，它可以用于评估材料或结构的完整性。
在航空航天领域，飞机的结构完整性是至关重要的，声发射检测方法可以用来监测飞机的机翼、机身等关键结构是否存在潜在的裂纹、疲劳或腐蚀等问题。
其次，声发射检测方法还可以用于监测材料或结构在受力或变形时的响应情况。
例如，在能源领域，声发射检测方法可以用来监测核电站压力容器的变形和疲劳破坏，以确保其安全运行。
此外，声发射检测方法还可以用于提前预警材料或结构的潜在问题，以便采取相应的维修和保养措施，避免事故的发生。
声发射检测方法具有许多独特的优点。
首先，它是一种非破坏性的检测方法，不需要对材料或结构进行破坏性的取样或试验，可以对大型、复杂的结构进行在线监测。
其次，声发射检测方法对缺陷的敏感性高，能够检测到微小的缺陷，如微小裂纹、微小气泡等。
第三，声发射检测方法具有较高的可靠性和准确性，可以对缺陷进行实时监测和评估，及时发现潜在问题并采取相应的措施。
此外，声发射检测方法还具有较强的定位能力，可以确定缺陷的具体位置和分布。
然而，声发射检测方法也存在一些局限性。
首先，对于复杂结构和材料的检测，声发射检测方法可能受到环境噪音的干扰，影响信号的采集和处理。
其次，在某些情况下，声发射检测方法可能存在误报和漏报的情况，需要进一步的分析和判断。
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声发射信号的频率—几HZ到数MHZ，包括次声频、 声频（20HZ—20KHZ）、超声频。
声发射信号幅度—从微观的位错运动到大规 模的宏观断裂，变化范围很大，波长范围从 10-13m的微观位错运动到1m量级的地震波； 传感器的输出可包括数μv到数百mv。不过多 数声发射信号为只能用高灵敏度传感器才能 探测到的微弱振动。
难性失效和限定系统的最高工作压力；
• (8) 适于检测形状复杂的构件。
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4 声发射技术的特点
声发射技术的缺点
• (1)对数据的正确解释要有更为丰富的数据库和现场 检测经验。因为声发射特性对材料甚为敏感，又易 受到机电噪声的干扰。
• (2) 声发射检测，一般需要适当的加载程序。多数 情况下，可利用现成的加载条件，但有时，还需要 特作准备；
在晶粒内部，有可能存在各种不同材料的微小的夹杂物，例
如，铁素体钢中的部分碳可以形成Fe3C（碳化铁），它具有 自已的结晶结构，并在局部位置上代替了铁素体晶格。夹杂
对金属的机械性能具有非精常选p大pt 的影响。
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第二节 材料力学
• 应力——材料单位面积上所受的作用力。物体内的 应力称为应力场 。应力的单位：Kg/cm2 和 Mpa。 与压强的单位相同。
• 弹性变形——材料在应力作用下产生变形，当应力 消逝后，材料的变形也将消逝，材料完全回复到原 来的状态，这种变形即称为弹性变形。
• 塑性变形——材料在应力作用下产生变形，当应力 消逝后，即使材料的应力全部解除，材料也不能回 复到原来的状态，即永久变形，这种变形即称为塑 性变形。这时，材料的应力达到或超过了材料的屈 服点，材料产生的塑性变形，材料也不能回复到原 来的状态。
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2 声发射检测的基本原理
• 原理：从声发射源发射的弹性波最终传播到达材料 的表面，引起可以用声发射传感器探测的表面位移， 这些探测器将材料的机械振动转换为电信号，然后 再被放大、处理和记录。根据观察到的声发射信号 进行分析与推断以了解材料产生声发射的机制。
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3 声发射检测的的主要目的
对材料的敏感性较差
对几何形状的敏感性较差
对几何形状的敏感性较高
需要进入被检对象的要求较 少
进行整体监测
需要进入被检对象的要求较多 进行局部扫描
主要问题：噪声、解释
主要问题：接近、几何形状
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第二章 声发射检测的物理基础
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第一节 材料的结构
• 晶界——晶粒之间的界面称为晶界。典型晶粒的大小为几微 米到几百微米之间。
分综合等级。
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4 声发射技术的特点
声发射技术的优点 • (1) 声发射检测是一种动态检验方法； • (2) 声发射检测方法对线性缺陷较为敏感； • (3) 声发射检测在一次试验过程中能够整体
探测和评价整个结构中缺陷的状态； • (4) 可提供缺陷随载荷、时间、温度等外变量
而变化的实时或连续信息，因而适用于工业 过程在线监控及早期或临近破坏预报；
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第三节 材料弹性和塑性变形
大量位错运动的结果将导致材料产生如下的结果： • 滑移 • 屈服 • 留德尔斯线（钢） • 裂纹尖端塑性区 • 空隙增长和聚结 • 韧性斯裂
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第三节 材料弹性和塑性变形
孪生变形
• 孪生产生较高幅值的声发射，孪生发生在锡、锌、钛中，但
不发生在钢与铝中。
• ①确定声发射源的部位；
• ②分析声发射源的性质；
• ③确定声发射发生的时间或载荷；
• ④评定声发射源的严重性。一般而言，对超 标声发射源，要用其它无损检测方法进行局 部复检，以精确确定缺陷的性质与大小。
• GB18182：检测由金属压力容器压力管道的
器壁、焊缝、装配的零部件等表面和内部产
生的声发射源，并确定声发射源的部位及划
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第三节 材料弹性和塑性变形
• 裂纹周围的应力场分布——内部带有裂纹 的材料在受到应力作用时，应力场必定要 “围绕着”裂纹的边界产生集中 ，应力的 集中作用将使裂纹尖端的材料产生变形， 甚至破坏，而这时材料的其它部位还都处 于强性范围以内 。在材料整体处于弹性范 围时，裂纹和类似的缺陷确已经产生了声 发射信号。
声发射的概念
声发射——材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性 波的现象。 (Acoustic Emission, 简称AE) ，也称为 应力波发射。
声发射事件—引起声发射的局部材料变化。
声发射源——材料中直接与变形和断裂机制有关的弹 性波发射源。声发射源的实质是指声发射的物理源点 或发生声发射的机制源。材料在应力作用下的变形与 裂纹扩展，是结构失效的重要机制。
• 应力的种类——拉应力、压应力和剪切应力。根据 物体的结构和加载方式的不同，物体内出现的应力 状态也不同，分别有拉应力、压应力和剪切应力。 实际物体结构中的应力要复杂得多，通常是这三种 应力的组合。
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第二节 材料力学
材料的应力应变曲线(应力与应变的关系)
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第三节 材料弹性和塑性变形
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4 声发射技术的特点
声发射技术的优点
• (5) 适于其它方法难于或不能接近环境下的检 测，如高低温、核辐射、易燃、易爆及极毒
等环境；
• (6) 对于在役压力容器的定期检验，声发射检 验方法可以缩短检验的停产时间或者不需要
停产；
• (7)不连续缺陷引起系统的灾
• (3) 声发射检测目前只能给出声发射源的部位、活 性和强度，不能给出声发射源内缺陷的性质和大小， 仍需依赖于其它无损检测方法进行复验。
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5 声发射检测方法和其它常规无
损检测方法的特点对比
声发射检测方法
其它常规无损检测方法
缺陷的增长／活动
缺陷的存在
与作用应力有关
与缺陷的形状有关
对材料的敏感性较高
声发射检测技术——用仪器探测、记录、分 析声发射信号和利用声发射信号推断声发射 源的技术称为声发射技术 。
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声发射效应
• Kaiser Effect——材料被重新加载期间， 在应力值达到上次加载最大应力之前不产 生声发射信号。
• Felicity Effect——材料重复加载时，重复 载荷到达原先所加最大载荷前发生明显声 发射的现象，称为费利西蒂效应。（PAE／ Pmax），称为费利西蒂比。 PAE／Pmax < 0.95作为声发射源超标的重要判据。