设备等在服役期间发生事故的一个主要原因就是其中金属材料及构件的失效和断裂。设备等所采用的金属材料在加工制造和服役过程中由于工作环境、生产工艺等因素影响通常都存在不同形式的细观缺陷。并且实际使用的材料的宏观力学性能很大程度上取决于其内部缺陷的发展。材料内部细观缺陷发展过程通常会释放应力波,即产生声发射现象。通过对声发射信号的处理和分析就能够了解材料内部损伤情况,借助于声发射技术手段研究材料的损伤机理。对材料损伤过程声发射源动态演化机理进行研究,有利于进一步认识材料的细观损伤机理,对于实际生产和工程中的材料性能评定、结构安全与可靠性评价具有重要的研究和应用意义。本文以Q235钢为研究对象,采用声发射技术和原位拉伸方法,对缺陷试件的原位拉伸损伤过程同时进行在线声发射监测和损伤图像光学观察。对原位拉伸过程获取的声发射信号进行处理和分析,并与获取的图像特征信息相结合,从声学和光学两方面探究金属材料原位拉伸过程声发射源演化规律,进一步研究其细观损伤演化过程。进行了以下内容的研究工作:(1)分析了多种细观损损伤和模型,通过比较最终以Gurson-Tvergaard-Needleman细观损伤模型为基础,对金属材料试件完整拉伸过程的用于表征损伤演化状态的特征参量进行定量研究,分析试件拉伸直至断裂过程的细观损伤参量数值演化情况,定量表征细观损伤声发射源机理;(2)开展了拉伸载荷作用下的声发射原位监测和光学观察实验。采用原位拉伸仪器以极小的恒定拉伸速率对实验试件开展原位拉伸试验,同时进行声发射信号的监测和损伤演化图像的获取,将声学信息和光学信息相结合进一步了解声发射源演化机理;(3)应用了声发射信号特征参数历程分析方法、时域波形分析法、FFT变换频域分析方法、CWT变换时频域分析方法对全拉伸过程获取的声发射信号进行了信号处理和分析,从分析结果可以看出不同损伤状态所释放的声发射信号具有较大差异。在初始弹性变形阶段,材料内部发生的变形是可恢复的,损伤的形式简单,产生损伤的数量也较少,因此该阶段产生的声发射信号数量少,信号的强度不高。随着载荷的不断增加,材料在屈服阶段和强化阶段损伤形式变得复杂,发生的损伤更加剧烈,伴随产生的声发射信号数量明显增多,声发射信号所表现出的特征也更为多样,其信号的强度显著提高。将不同损伤状态产生的声发射信号特征对比,建立损伤与声发射信号特征的联系,反演材料内部随拉伸过程进行其细观损伤演化机制;(4)根据声发射信号的时间采集相应的金属材料损伤图像,对原始的损伤图像进行图像标定、灰度调节、滤波处理等预处理以便于后续图像处理和图像特征的提取。使用多种边缘检测算子对预处理后的损伤图像进行处理,最终通过比较确定使用Sobel算子进行边缘检测。为了进一步提取有效的表征损伤的图像特征参数,利用数学形态学对经过图像区域分割后形成的二值图像进行处理,并通过开与闭运算对二值化图像进行处理。以面积法为基础计算经分水岭分割方法处理后的损伤图像,提取不同阶段、不同时刻的分割平均面积并得到其随损伤演化规律;(5)将图像处理获取的声发射源图像与声发射信号数据相结合,得到了两种典型的声发射源:夹杂物断裂和滑移位错及其演化规律。利用HHT方法,对两种典型声发射源产生的声发射信号深入分析,通过比较的方法,获得不同声发射源的信号差异和相同声发射源信号的相似性,进一步认识材料的细观损伤声发射源演化规律,为声发射技术应用于金属材料早期损伤的定量评价提供理论依据。