基于声发射技术的空蚀状态监测与评估理论方法及实验研究

空蚀是空化的主要危害,其严重影响了流体机械的工作效率和服役寿命，进而造成巨大的经济损失。空蚀程度的评估是空蚀研究的基础，随着研究的深入，传统的评估方法已显粗糙。另外，随着设备维修体制的发展，流体机械对空蚀状态在线监测和评估也提出了要求。声发射技术已发展成为较成熟的技术并已在众多领域得到了成功应用，尤其是模态声发射技术的提出以及损伤力学研究成果的引入，使进一步探索声发射的源机制成为了可能。本项目首次将声发射技术引入空蚀研究领域，结合损伤力学和细观损伤力学观点和分析方法，研究空蚀破坏的损伤形态和机制以及相应的声发射源机制和特性，探讨空蚀破坏过程中声发射特征参量及其演化规律与空蚀破坏过程的内在关系，建立基于声发射特征参量及其演化规律的材料空蚀状态评估准则和方法，进而发展基于声发射技术的空蚀状态在线监测评估技术，为流体机械空蚀程度评估、空蚀状态监测和空蚀防护提供新的技术手段和技术支持。

空化空蚀是影响流体机械工作效率和服役寿命的主要因素，对空化空蚀状态及严重程度进行有效监测和评估有着重要意义。本项目首次将声发射技术引入空化空蚀研究领域，结合损伤力学观点和分析方法，研究空化空蚀引起的声发射机制和特性，探索声发射特征参量与空化状态和空蚀过程的内在关系及演变规律，建立基于声发射技术的空化空蚀状态监测、辨识和评估方法。主要研究内容和结论包括：1）针对实验要求，设计并搭建了基于超声波伸缩振动原理的空化空蚀实验台和声发射检测系统；2）结合空泡动力学分析，利用小波分析和共振峰分析等方法，研究了空化声发射信号的时频构成及特征，提出了基于共振峰参数的空化状态辨识方法；3）结合空蚀过程试件表面形貌观察和材料损伤力学理论，研究了空蚀过程材料损伤模式及相应的声发射发生机制。根据空蚀声发射信号特性，提出了空蚀声发射提纯和参数分析方法，探索了空蚀声发射特征参量随空蚀过程的演变规律，结合经典的空蚀阶段曲线，提出了基于声发射参数的空蚀状态及过程辨识和评估方法；4）着重研究了基于近似熵和多尺度熵的空化空蚀声发射特征提取方法，获得了基于声发射信号近似熵和多尺度熵特征的空化空蚀状态辨识和评估方法。