基于主成分分析与SVM的碳纤维复合材料损伤声发射信号模式识别

张璐莹，李 伟，姜智通，蒋 鹏，李彩瑞

(东北石油大学 机械科学与工程学院，黑龙江大庆 163318)

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碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)性能优良，抗冲击性好，质量轻，在能源加工、航空航天等领域应用广泛。但因其常在摩擦、撞击、疲劳等环境下工作，往往会出现较为复杂的损伤状态，且损伤状态的累积会导致设备的宏观失效，产生安全隐患[1]。因此，如何实现碳纤维复合材料损伤演化过程的准确表征和损伤模式的有效分类具有较强的现实意义和应用价值[2]。

材料内部诸如裂纹形成或扩展等局部源快速释放能量，并以瞬态弹性波的形式释放的过程称为声发射(AE)现象。声发射技术具有高灵敏度、频响范围宽，能实现动态监测等优点，在复合材料结构性损伤检测中具有良好的效果[2]。早在1997年，Surgeon等[3]对SiC复合材料进行了声发射监测下的拉伸试验；1999年，Morscher等[4]运用线定位的方法对SiC复合材料进行了拉伸试验，并利用Felicity效应对损伤状态进行评价，得到了复合材料损伤与弹性模量及声速的关系；2000年，杨盛良等[5]利用参数、波形分析了金属基、陶瓷基复合材料因为受力而产生变形损伤的声发射信号；2003年，刘怀喜等[6]对比了多种应用于复合材料损伤评价的无损检测方法，总结得到声发射技术在动态演化规律表征和损伤类型分类中具有较好的效果；2004年，王波等[7]通过试验获得了C/SiC复合材料的主要力学性能参数以及损伤过程变化规律；2008年，Marec等[8]对树脂基复合材料试件进行损伤模式识别，并结合聚类分析方法实现了不同损伤类型信号的有效区分；……