Application of Principal Component Analysis to Investigation of Acoustic Emission Signals in Aluminum Alloys

  • А.А. Дмитриев Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)
  • В.В. Поляков Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия); Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (Томск, Россия)
  • Д.Д. Рудер Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)
Keywords: aluminum alloys, acoustic emission, discrete wavelet transform, principal component analysis

Abstract

In this paper, an acoustic emission study of aluminum alloys subjected to static tension testing is conducted. Some of the test samples have welded joints in the test area. Influence of defects concentrated in a welded joint on acoustic emission signals is studied. The values of deformation stress and degree are used to construct the strain hardening curves and the acoustic emission count rate. Two areas of each strain hardening curve are analyzed. The first area corresponds to the stage of plastic yielding caused by uniform plastic deformation, while the second area corresponds to stages of discontinuous plastic deformation and fracture. The forms of acoustic emission count rates for solid and welded samples are significantly different due to highly defective structures in the welded joints.

Discrete wavelet transform coefficients are used as informative features of an acoustic emission signal. These coefficients are calculated for separate small intervals dividing the strain hardening curve. Principal component analysis (PCA) is utilized to process wavelet decomposition coefficients. The processing results are presented in the form of projections on first principal components planes. The calculations performed for the second area of each loading curve demonstrate that the acoustic emission signals of homogeneous samples and samples containing a welded joint are split into two linearly separated clusters. This indicates that proposed method provides an effective separation of signals produced in materials with different structures.

Obtained results can be used for acoustic-emission testing of deformation behavior and structure of products made with aluminum alloys.

DOI 10.14258/izvasu(2018)1-02

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

А.А. Дмитриев, Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)
старший преподаватель кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности Алтайского государственного университета
В.В. Поляков, Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия); Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (Томск, Россия)
доктор физико-математических наук, профессор, заве-дующий кафедрой прикладной физики, электроники и информационной безопасности Алтайскогогосударственного университета, ведущий научный сотрудник Института физики прочности и материаловедения СО РАН
Д.Д. Рудер, Алтайский государственный университет (Барнаул, Россия)
кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной физики, электроники и информационной безопасности Алтайского государственного университета

References

Chen C., Kovacevic R., Jandric D. Acoustic emission in monitoring quality of stir welweld in friction stir welding // 4th International Symposium on Friction Stir Welding. Utah (USA). — 2003.

Дмитриев А.А., Поляков В.В., Колубаев А.А. Диагностика алюминиевых сплавов со сварными соединениями на основе анализа сигналов акустической эмиссии // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. — 2017. — Т. 14, №4.

Криштал М.М., Мерсон Д.Л. Взаимосвязь макролокализации деформации, прерывистой текучести и особенностей акустической эмиссии при деформировании алюминиево-магниевых сплавов // Физика металлов и металловедение. — 1996. — Т. 81, вып. 1.

Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Денисов А.А. Акустическая эмиссия при распространении полосы Людерса в сплаве АМг6 // Вестник Тамбовского гос. ун-та. — 2010. — Т. 15, вып. 3.

Макаров С.В., Плотников В.А., Колубаев Е.А. Скачкообразная деформация и импульсная акустическая эмиссия при нагружении алюминиево-магниевых сплавов // Известия Алтайского гос. ун-та. — 2014. №1/2. DOI: 10.14258/izvasu(2014)1.2-36.

Esbensen K. H. Multivariate Data Analysis — In Practice. CAMO Process AS. — 2002.

Egorov A.V., Polyakov V.V. The Application of Principal-Component Analysis during Eddy-Current Testing of Aluminum Alloys // Russian Journal of Nondestructive Testing. — 2015. — Vol. 51.

Polyakov V.V., Egorov A.V., Lependin A.A. Modeling plastic deformation and fracture of porous materials // Technical Physics Letters. — 2005. — Vol. 31, N 2.

Mallat S. Wavelet Tour of Signal Processing. Academic Press. — 2009.

Marec A., Thomas J.-H., Guerjouma R. Damage characterization of polymer-based composite materials: multivariable analysis and wavelet transform for clustering acoustic emission data // Mechanical Systems and Signal Processing. — 2008. — Vol. 22.

Ferreira D.B.B., Da Silva R.R., Rebello J.M.A., Siqueira M.H.S. Failure mechanism characterisation in composite materials using spectral analysis and the wavelet transform of acoustic emission signals // Insight. — 2004. — Vol. 46.
Published
2018-03-06
How to Cite
Дмитриев, А., Поляков, В., & Рудер, Д. (2018). Application of Principal Component Analysis to Investigation of Acoustic Emission Signals in Aluminum Alloys. Izvestiya of Altai State University, (1(99), 19-23. https://doi.org/https://doi.org/10.14258/izvasu(2018)1-02