基于声发射信号多重分形特征的榉木损伤断裂过程

摘要

针对木材损伤断裂过程发出的声发射（acoustic emission,AE）信号，采用多重分形去趋势波动分析方法 （multifractal detrended fluctuation analysis,MF-DFA）提取AE信号的特征参数，进而研究木材微观和宏观破坏行为的分形特征。首先，采集榉木试件三点弯曲试验过程中产生的AE信号。然后，通过滑动时间窗截取AE信号并将其视为一段时间序列，依据MF-DFA方法计算广义Hurst指数、谱宽Δα、奇异指数α_max和α_min，描述AE信号的长程相关性和时变多重分形特征。最后，依据Δα的变化趋势将整个过程分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段。结果表明，断裂过程释放的AE信号具有长程相关性，其波动是一个多重分形过程；并且弹性阶段α_max出现数值的大幅减小，意味着破坏初期的多源特性；弹塑性阶段α_max在小范围内变化表明试件具有一定的刚度；而塑性阶段α_min发生突降的时刻则可以预测宏观断裂行为。

关键词

木材 / 声发射 / 多重分形 / 去趋势波动分析