基于聲發(fā)射技術(shù)的接觸疲勞失效檢測(cè)應(yīng)用與研究

張志強(qiáng)，李國(guó)祿，王海斗，徐濱士，樸鐘宇

（1.河北工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300130；2.裝甲兵工程學(xué)院 裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100072）

聲發(fā)射（Acoustic Emission，AE）也稱應(yīng)力波發(fā)射，是指材料局部因能量的快速釋放而發(fā)出的瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象［1］。借助聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)采集、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)并對(duì)聲發(fā)射源的性質(zhì)進(jìn)行評(píng)定的技術(shù)稱為聲發(fā)射技術(shù)［2］。聲發(fā)射技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)、新方法。聲發(fā)射技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線無(wú)損檢測(cè)，且具有較高的靈敏度［3－4］。疲勞、磨損和腐蝕是工程機(jī)械構(gòu)件最主要的三種破壞形式，而疲勞破壞往往無(wú)明顯先兆，常常造成災(zāi)難性事故和重大損失。接觸疲勞是由表面或次表面材料在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的損傷累積過(guò)程，是齒輪、軸承等滾動(dòng)零部件的主要失效形式。接觸疲勞失效的本質(zhì)是循環(huán)應(yīng)力作用下的裂紋萌生和擴(kuò)展過(guò)程［5］。接觸疲勞失效過(guò)程主要包括短裂紋萌生、短裂紋擴(kuò)展、長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展、表面損傷（微點(diǎn)蝕、微剝落）、深層裂紋擴(kuò)展、宏觀表面疲勞（宏觀點(diǎn)蝕和剝落）等幾個(gè)過(guò)程。聲發(fā)射信號(hào)對(duì)材料的彈塑性變形、裂紋的萌生、擴(kuò)展、材料的斷裂等損傷比較敏感，因此其對(duì)接觸疲勞失效過(guò)程具有真實(shí)性和實(shí)時(shí)性的反饋，通過(guò)處理、分析采集到的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)接觸疲勞失效過(guò)程并揭示接觸疲勞失效機(jī)理是一種科學(xué)、有效且實(shí)用的方法。

1 發(fā)展概述

早在幾千年前，人們就發(fā)現(xiàn)了錫鳴、鐵鳴現(xiàn)象，并通過(guò)聲發(fā)射來(lái)判斷瓷器和導(dǎo)軌的質(zhì)量。但是這些簡(jiǎn)單的應(yīng)用，并沒(méi)有使聲發(fā)射技術(shù)成為一門科學(xué)的技術(shù)。聲發(fā)射作為一門科學(xué)的技術(shù)是以20世紀(jì)50年代Kaiser提出材料形變聲發(fā)射的不可逆效應(yīng)及Kaiser效應(yīng)為標(biāo)志［6］。1954年，Schofield等人將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于工程材料領(lǐng)域。60年代初，Green等人［7］首先開始將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用在焊接裂紋評(píng)估、壓力容器等無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。1969年，Dunegan公司開展了現(xiàn)代聲發(fā)射儀器的研制，他們把儀器測(cè)試頻率提高到100～1MHz的范圍內(nèi)［8－9］，這為結(jié)構(gòu)零件和耐磨耐疲勞零件的裂紋的萌生和擴(kuò)展過(guò)程監(jiān)測(cè)提供了條件。70年代是聲發(fā)射技術(shù)快速發(fā)展的年代，美國(guó)Nortec公司推出第一臺(tái)商用現(xiàn)代聲發(fā)射檢測(cè)儀器，這為聲發(fā)射技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用創(chuàng)造了條件［10］。隨后，Dunegan、Sacramento、PAC等聲發(fā)射科技公司的產(chǎn)品相繼出現(xiàn)。八十年代初，美國(guó)PAC公司將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，開發(fā)了一系列單、雙通道多功能高級(jí)檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析軟件，可以對(duì)被檢零件的使用安全情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、失效預(yù)警、聲發(fā)射源定位等。九十年代美國(guó)PAC公司、德國(guó)Vallen Systeme公司等先后開發(fā)生產(chǎn)了多通道聲發(fā)射檢測(cè)分析系統(tǒng)，可以對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行濾波、特征提取、功率譜分析、聲發(fā)射源定位、多參數(shù)分析、相關(guān)分析等［6］。進(jìn)入21世紀(jì)，聲發(fā)射檢測(cè)儀器向檢測(cè)自動(dòng)化、圖像化、計(jì)算機(jī)化發(fā)展的同時(shí)，也出現(xiàn)了專業(yè)化、細(xì)分化的特點(diǎn)。聲發(fā)射技術(shù)于70年代初引入我國(guó)［11］，經(jīng)過(guò)近四十多年的發(fā)展，聲發(fā)射技術(shù)在我國(guó)的研究和應(yīng)用呈快速發(fā)展的趨勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)被成功應(yīng)用于壓力容器和壓力管道檢測(cè)、航空航天主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估、工具使用過(guò)程中磨損和斷裂監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

隨著聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，高靈敏度的聲發(fā)射技術(shù)也逐步成功應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)零部件接觸疲勞失效過(guò)程監(jiān)測(cè)和疲勞失效機(jī)理的研究。因?yàn)槁暟l(fā)射信號(hào)比較微弱，有用特征信號(hào)往往被掩埋在背景噪聲中，因此聲發(fā)射信號(hào)處理技術(shù)是聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。接觸疲勞失效過(guò)程中的聲發(fā)射信號(hào)比較復(fù)雜，如圖1所示，通過(guò)傅里葉變換可知其頻率主要分布在50～350kHz，如圖2所示。參數(shù)分析法和波形分析法是聲發(fā)射信號(hào)處理最常用的方法。參數(shù)分析法是指對(duì)聲發(fā)射幅值、能量、振鈴計(jì)數(shù)等進(jìn)行處理，并用其描述聲發(fā)射源特性和材料損傷程度的分析方法。將聲發(fā)射特征參數(shù)之間任意兩個(gè)變量做關(guān)聯(lián)分析以找出聲發(fā)射信號(hào)的變化規(guī)律，從而得到聲發(fā)射源的更多的特征信息。波形分析法是對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)記錄的波形信息，應(yīng)用數(shù)學(xué)變換進(jìn)行處理，分析聲發(fā)射信號(hào)波形和頻率特征，從而獲得聲發(fā)射源特性的處理方法。

2 塊體零件接觸疲勞失效檢測(cè)

齒輪、軸承等以接觸疲勞失效為主的零部件主要是以整體鑄造或鍛造的鋼鐵塊體零件為主，采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)其接觸疲勞失效進(jìn)行在線檢測(cè)和失效機(jī)理分析也是最先從這些塊體零件開始的。

2.1 研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開展了大量的聲發(fā)射技術(shù)對(duì)塊體零件的接觸疲勞失效檢測(cè)的研究，獲得了從定性地反應(yīng)疲勞失效到定量地檢測(cè)疲勞累積損傷程度的質(zhì)變。

Balerston HL等人［12］第一次將聲發(fā)射技術(shù)用于接觸疲勞失效的研究，他指出接觸疲勞失效的本質(zhì)是裂紋的萌生和擴(kuò)展的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程必然有能量的釋放，而聲發(fā)射產(chǎn)生的微觀機(jī)理是瞬間能量迅速釋放的過(guò)程，所以聲發(fā)射信號(hào)完全可以反映疲勞損傷時(shí)刻和損傷程度。此后，聲發(fā)射技術(shù)在疲勞失效監(jiān)測(cè)中成快速發(fā)展的趨勢(shì)，Tan C K，Mba D等人［4］進(jìn)行了軸承、齒輪等旋轉(zhuǎn)零件疲勞失效過(guò)程中聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)、能量、振幅等特征參數(shù)的研究。正式提出聲發(fā)射技術(shù)是除振動(dòng)分析法之外具有更高靈敏度的先進(jìn)無(wú)損監(jiān)測(cè)手段。隨著先進(jìn)的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)，Holroyd TJ等人［13］在線采集到了接觸疲勞失效過(guò)程中的聲發(fā)射波形數(shù)據(jù)，并采用傅里葉變換等譜分析手段，得知接觸疲勞失效的頻率是分布在幾十赫茲到幾百赫茲范圍內(nèi)，這為以后接觸疲勞頻率特征研究奠定了基礎(chǔ)。Yoshioka T和Fujiwara T等人［14－15］采用不同的檢測(cè)方法做了大量的滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)，他們將聲發(fā)射檢測(cè)與振動(dòng)分析法做了對(duì)比，得出的結(jié)論是聲發(fā)射失效預(yù)警信號(hào)明顯早于振動(dòng)分析法。Abdullah MA和Mba D等人［16］與Yoshioka T和Fujiwara T等人試驗(yàn)結(jié)論相近，他們指出與振動(dòng)分析法相比，聲發(fā)射技術(shù)能更加準(zhǔn)確的探測(cè)到軸承、齒輪等承受循環(huán)交變載荷的重要旋轉(zhuǎn)零件的早期微小缺陷，另外，借助聲發(fā)射技術(shù)還能夠檢測(cè)出損傷缺陷的大小，計(jì)算出損傷速率。Bourchak M等人［17］將聲發(fā)射能量作為復(fù)合材料疲勞損傷過(guò)程中的重要參數(shù)進(jìn)行了分析和研究。得出了復(fù)合材料疲勞損傷過(guò)程的聲發(fā)射能量與疲勞損傷演變過(guò)程具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Al－Balushi K R和Addali A等人［18］在研究軸承、齒輪等承受循環(huán)交變載荷作用的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，首次提出利用能量指數(shù)（Energy Index）作為診斷點(diǎn)蝕、剝落等失效的重要參數(shù)，能量指數(shù)技術(shù)可以提取出掩埋在信噪比高于0.25隨機(jī)背景噪聲中的有用的疲勞特征值。Choudhury A和Tandon N［19］借助聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)對(duì)滾動(dòng)軸承接觸疲勞損傷缺陷進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，他指出在循環(huán)載荷為75kg、轉(zhuǎn)速為1500rpm的試驗(yàn)工況條件下振鈴計(jì)數(shù)對(duì)于小于1mm的損傷缺陷是比較敏感的，當(dāng)缺陷尺寸超出后1mm時(shí)振鈴計(jì)數(shù)將趨于穩(wěn)定，如圖3所示。

圖3 聲發(fā)射振鈴計(jì)數(shù)與滾動(dòng)軸承缺陷尺寸之間的關(guān)系［19］

2.2 裂紋萌生和擴(kuò)展的聲發(fā)射特征

裂紋的萌生意味著失效的開始，裂紋的擴(kuò)展、連接預(yù)示著滾動(dòng)接觸零件的最終失效的發(fā)生。根據(jù)裂紋擴(kuò)展速率可以對(duì)滾動(dòng)零件的接觸疲勞剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。而聲發(fā)射可以對(duì)裂紋的存在狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，因此利用聲發(fā)射技術(shù)研究裂紋萌生和擴(kuò)展過(guò)程具有很重要的實(shí)際意義。

Morton TM、Holford KM和Hamstad MA等人［20－22］的研究?jī)?nèi)容相近，他們利用聲發(fā)射技術(shù)研究了鋼結(jié)構(gòu)中循環(huán)應(yīng)力疲勞裂紋的萌生、擴(kuò)展過(guò)程，得出的結(jié)論是聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)與裂紋擴(kuò)展的實(shí)時(shí)狀態(tài)具有特定對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用聲發(fā)射技術(shù)可以對(duì)疲勞裂紋的擴(kuò)展程度進(jìn)行在線反饋。Yoon DJ和Weiss WJ等人［23］研究了橋梁在長(zhǎng)期承受循環(huán)剪切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力條件下的聲發(fā)射信號(hào)特點(diǎn)，他們指出承受循環(huán)應(yīng)力的橋梁在宏觀裂紋階段，聲發(fā)射振幅和強(qiáng)度比微觀裂紋階段大。Roberts T和Talebzadeh M［24］在大量拉壓應(yīng)力疲勞試驗(yàn)中，得到了應(yīng)力疲勞裂紋擴(kuò)展和聲發(fā)射計(jì)數(shù)率之間的關(guān)系。Guo YB和Schwach W等人［25］利用聲發(fā)射特征參數(shù)振幅、能量、有效值、振鈴計(jì)數(shù)研究不同載荷、轉(zhuǎn)速條件下白層對(duì)滾動(dòng)零部件接觸疲勞壽命的影響，得出的結(jié)論是白層嚴(yán)重?fù)p害滾動(dòng)零部件的壽命，同時(shí)指出振幅、能量、有效值、振鈴計(jì)數(shù)對(duì)于裂紋累積增加是一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程。Yoshioka T等人［26］在模擬軸承滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)中，提取了軸承接觸疲勞過(guò)程中的聲發(fā)射特征信號(hào)，并計(jì)算裂紋的擴(kuò)展時(shí)間，提出裂紋擴(kuò)展時(shí)間通常是指損傷聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生到表面發(fā)生破壞的時(shí)間。Rahman Z和Ohba H等人［27］在滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)中研究了聲發(fā)射計(jì)數(shù)與疲勞損傷程度之間關(guān)系，如圖4所示。他們指出在開始階段，由于滾動(dòng)接觸表面比較粗糙，尖銳的微凸體容易發(fā)生塑性變形而發(fā)生屈服變形，聲發(fā)射計(jì)數(shù)處于比較穩(wěn)定的階段，但額度較高，該階段占全部壽命的88%。直到120h（箭頭1所指）時(shí)才有明顯的越階產(chǎn)生，接下來(lái)聲發(fā)射計(jì)數(shù)逐漸增加，直到初始破壞發(fā)生（箭頭2所指）。之后，聲發(fā)射計(jì)數(shù)突然猛增，破壞越來(lái)嚴(yán)重，剝落坑越來(lái)越大，也越來(lái)越深，直到完全失效，如圖5中箭頭a～d及圖5（a）～（d）所示。

2.3 聲發(fā)射源

聲發(fā)射源反映的是接觸疲勞破壞的源頭，利用聲發(fā)射技術(shù)識(shí)別聲發(fā)射源的特性，對(duì)破壞位置準(zhǔn)確定位，及時(shí)采取抑制破壞加劇的措施，對(duì)防止更加嚴(yán)重的破壞和事故產(chǎn)生具有重要的意義。

Dunegan HL等人［8］研究了材料接觸疲勞破壞的聲發(fā)射信號(hào)，得出的結(jié)論是塑性變形是形成聲發(fā)射源的一個(gè)重要機(jī)制，他們認(rèn)為塑性變形過(guò)程中位錯(cuò)滑移起著決定性作用，位錯(cuò)滑移伴隨著能量的釋放而產(chǎn)生聲發(fā)射，變形越快聲發(fā)射強(qiáng)度越高。同時(shí)，裂紋的形成和擴(kuò)展也是疲勞過(guò)程中的一種主要的聲發(fā)射源［10］，在裂紋形成過(guò)程中，多余能量以彈性波釋放出來(lái)而產(chǎn)生聲發(fā)射。理論計(jì)算表明，裂紋擴(kuò)展所需要的能量比裂紋形成需要的能量約大100倍到1000倍，裂紋擴(kuò)展階段會(huì)將積蓄的能量釋放出來(lái)而產(chǎn)生強(qiáng)度較大的聲發(fā)射。雖然不是在接觸疲勞領(lǐng)域，但Jones RH等人［28］研究了304不銹鋼疲勞腐蝕中聲發(fā)射源的特性，他們認(rèn)為主要聲發(fā)射源是裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的材料韌帶的機(jī)械撕裂。Zhong ZM等人［29］提出了用盲源分離方法解決機(jī)械的聲發(fā)射源識(shí)別問(wèn)題，利用該方法識(shí)別并提取了不同聲發(fā)射源的聲發(fā)射特征信號(hào)，這為聲發(fā)射源特性的研究提供了新的研究手段。

同時(shí)，聲發(fā)射源定位研究也是聲發(fā)射技術(shù)的研究重點(diǎn)。Yoshioka T和Fujiwara T等人［15］在滾動(dòng)接觸疲勞試驗(yàn)中進(jìn)行了利用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)對(duì)裂紋源進(jìn)行準(zhǔn)確定位的研究，在滾動(dòng)圓形試樣上安裝多個(gè)聲發(fā)射傳感器，根據(jù)聲發(fā)射信號(hào)到達(dá)不同傳感器的時(shí)間差來(lái)判定聲發(fā)射源的準(zhǔn)確位置。Rahman Z和Ohba H等人［27］利用一個(gè)對(duì)滾的試驗(yàn)裝置和先進(jìn)的聲發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)，在恒定的載荷和轉(zhuǎn)速下做了大量的對(duì)滾試驗(yàn)，他們利用聲發(fā)射計(jì)數(shù)作為初始破壞的定位參數(shù)自主開發(fā)了聲發(fā)射源定位器，該裝置除了可以探測(cè)到輥的損傷的程度，并且可以判定接觸疲勞破壞的位置。

3 涂層零件接觸疲勞失效檢測(cè)

目前對(duì)于表面涂層零件這類不均質(zhì)材料體系的接觸疲勞損傷過(guò)程中聲發(fā)射信號(hào)的研究還很少，借助聲發(fā)射信號(hào)來(lái)揭示接觸疲勞損傷機(jī)理仍處于起步階段。由于涂層零件本身存在孔隙、微裂紋、未熔粒子等難以抗拒的微缺陷，如圖6和7所示，使得涂層接觸疲勞失效更加難以檢測(cè)，因此，采用靈敏度高、有效且實(shí)用的現(xiàn)代聲發(fā)射技術(shù)對(duì)涂層零件這類不均質(zhì)材料體系的接觸疲勞失效進(jìn)行檢測(cè)具有重要的意義。

接觸疲勞失效往往是從表面開始的，表面點(diǎn)蝕、剝落而導(dǎo)致零件整體失效，這極大地影響了這些零件的實(shí)際壽命，浪費(fèi)了資源，增加了成本［30］。研究表明，熱噴涂、刷鍍、激光熔覆等表面工程技術(shù)可用于修復(fù)失效零件表面、改善其表面性能，具有非常重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)涂層的接觸疲勞行為和失效機(jī)制的研究也越來(lái)越深入。Tobe S等人［31］研究了陶瓷涂層和金屬涂層的接觸疲勞行為，得出的結(jié)論是涂層的抗壓強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度是影響涂層抗接觸疲勞性能的關(guān)鍵因素。Nieminen R［32］研究了WC－Co噴涂粉末中的碳化物含量對(duì)涂層抗接觸疲勞性能的影響。結(jié)果表明：涂層內(nèi)部碳化物的分布越均勻，涂層的抗接觸疲勞性能越好。這些研究只是在涂層完全疲勞失效以后借助掃描電鏡來(lái)間接表征涂層的疲勞失效的累積損傷程度，而不能直接在線檢測(cè)涂層的接觸疲勞損傷行為，而聲發(fā)射技術(shù)可以完全突破這一頸瓶，借助聲發(fā)射特征信號(hào)可以在線監(jiān)測(cè)涂層接觸疲勞失效過(guò)程，研究涂層疲勞失效機(jī)理，預(yù)測(cè)涂層疲勞壽命。

當(dāng)前對(duì)表面涂層這類不均質(zhì)材料體系的接觸疲勞失效的聲發(fā)射研究仍處于起步階段，主要集中在使用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)涂層力學(xué)性能的表征。如Miguel JM等人［33］采用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)涂層的韌性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。Stebut JV等人［34］采用壓入法結(jié)合聲發(fā)射技術(shù)對(duì)薄膜的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行了一定的研究，認(rèn)為聲發(fā)射信號(hào)的能量參數(shù)最適合表征涂層的環(huán)狀開裂或剝落。

Piao ZY等人［35－36］在研究了涂層結(jié)構(gòu)特征和接觸疲勞失效機(jī)制的基礎(chǔ)上首次進(jìn)行了Fe－Cr合金等離子噴涂層滾動(dòng)接觸疲勞失效過(guò)程聲發(fā)射信號(hào)反饋的研究，得出的結(jié)論是聲發(fā)射特征參數(shù)（振幅和能量）對(duì)于疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展過(guò)程是敏感的，同時(shí)認(rèn)為聲發(fā)射信號(hào)能反映出涂層疲勞失效的累積損傷過(guò)程，如圖8所示。開始階段聲發(fā)射振幅和能量維持在比較高的額度，這主要是由表面磨削加工造成粗糙的微凸體在剪切應(yīng)力的作用下發(fā)生彈塑性變形并促使微凸體材料去除而引起的。之后聲發(fā)射振幅和能量進(jìn)入一個(gè)比較穩(wěn)定的階段。在涂層最終失效階段，聲發(fā)射振幅和能量急劇增加，這是由于裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展、連接而導(dǎo)致涂層材料的大面積去除釋放出更強(qiáng)的聲發(fā)射信號(hào)。目前對(duì)于涂層接觸疲勞失效過(guò)程中的聲發(fā)射波形、頻率以及其它特征參數(shù)如上升時(shí)間、計(jì)數(shù)等的研究還沒(méi)有涉及到，這也是國(guó)內(nèi)外研究的空白和今后的研究方向。同時(shí)，涂層結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和大量不規(guī)則缺陷的存在也給聲發(fā)射源特性的研究帶來(lái)了極大地困難，因此，對(duì)于涂層零件的聲發(fā)射信號(hào)特征的研究仍然有很長(zhǎng)的路要走。

圖8 涂層滾動(dòng)接觸疲勞聲發(fā)射信號(hào)（振幅和能量）反饋［40］

4 存在的問(wèn)題與展望

綜上所述，隨著聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)接觸疲勞失效的聲發(fā)射信號(hào)研究取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是仍有很多問(wèn)題亟待解決。現(xiàn)存的主要問(wèn)題及可能的解決思路如下：

（1）首先是聲發(fā)射特征參數(shù)眾多，造成人們?cè)诒碚餍盘?hào)特征時(shí)缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。其次，由于研究體系比較多，試驗(yàn)方法與設(shè)置不盡相同，造成相互之間的結(jié)果缺少可比性。比如振鈴計(jì)數(shù)、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等聲發(fā)射特征參數(shù)與門檻值的設(shè)置有關(guān)，設(shè)置不同的門檻值會(huì)導(dǎo)致同一個(gè)聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)值發(fā)生變化。因此，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的聲發(fā)射特征參數(shù)，對(duì)于接觸疲勞問(wèn)題的聲發(fā)射技術(shù)研究十分必要。

（2）定量的分析裂紋擴(kuò)展速率和聲發(fā)射特征參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系仍然是難以跨越的難題，一方面受聲發(fā)射檢測(cè)設(shè)備的響應(yīng)速度、靈敏度等性能的制約，致使得到的聲發(fā)射特征值非原始裂紋的真實(shí)信息，甚至信號(hào)已經(jīng)變異。另一方面應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)判斷裂紋的擴(kuò)展信息并非原位觀測(cè)，因此得到的判據(jù)可能并不準(zhǔn)確。因此開發(fā)出性能優(yōu)異的聲發(fā)射檢測(cè)設(shè)備至關(guān)重要。同時(shí)，借助工業(yè)CT、高分辨電鏡與聲發(fā)射技術(shù)聯(lián)合檢測(cè)分析也是個(gè)有效的途徑。

（3）當(dāng)前對(duì)接觸疲勞失效過(guò)程中的聲發(fā)射源的認(rèn)識(shí)仍然不足，一方面是由于聲發(fā)射源本身的復(fù)雜性。另一方面是接觸疲勞失效具有突發(fā)性和不可預(yù)知性，對(duì)于失效機(jī)理的研究還不夠深入，雖然普遍認(rèn)為失效的本質(zhì)是裂紋的擴(kuò)展、材料的斷裂，但影響因素太多，設(shè)計(jì)單因子試驗(yàn)比較困難。從微觀和宏觀兩方面同時(shí)研究聲發(fā)射源的基本理論，通過(guò)引入多層次的缺陷背景和損傷機(jī)制來(lái)研究材料接觸疲勞損傷全過(guò)程是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

（4）對(duì)涂層零件接觸疲勞失效過(guò)程的聲發(fā)射特性的研究還不深入，這主要是由于涂層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和大量微缺陷的存在所導(dǎo)致的，因此提高涂層質(zhì)量和設(shè)計(jì)單因子試驗(yàn)來(lái)研究涂層接觸疲勞失效規(guī)律是關(guān)鍵。

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