基于声发射的金属材料疲劳微损伤累计量化描述和分析
发布时间：2021-08-14 20:30
金属材料在疲劳载荷下微损伤演化过程涉及多尺度损伤事件的萌生、发展和耦合等复杂物理现象。对此,本文基于一种概率熵的疲劳损伤表征方法对低碳钢材料的疲劳损伤展开研究。低碳结构钢Q235在工程中广泛应用于建筑、桥梁及船舶等工程结构的制造中,且以其制造的大多数工程部件在服役期间均承受循环载荷,疲劳分析应是他们设计与检测的重要方面。本文利用Q235钢材料在动态和静态载荷下损伤破坏的相互关联性,通过材料结构的静态加载响应间接测定了其由动态载荷所致的固有损伤差异性,并最终借助概率熵对其损伤状态演化做出了有效评定。具体为基于声发射技术对材料微损伤事件的高敏感性,对历经不同疲劳周次后的材料在静载工况下采集声发射信号来测定材料的疲劳微损伤状态。针对所采集的海量声发射信号,构建了一个能够表征微损伤能量尺度特征和时间序列特征的多元随机损伤变量,进而通过对该多元随机变量的分析来研究低碳钢在不同疲劳状况下的微损伤演化特征。最后,通过计算多元随机损伤变量在不同疲劳载荷水平下的概率熵给出描述材料疲劳微损伤演化的一种表征。通过试验并辅以对材料断面的扫描电镜观测获得的结果是,低碳钢在不同疲劳载荷后的微损伤概率熵曲线具有显著...
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１声发射波形示意图??Ｆｉ．?２－１?Ｄｉａｒａｍ?ｏｆ?ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｗａｖｅｆｏｒｍ??
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?天津科技大学硕士学位论文???＊＊｜?１?１?１?１?Ｊ?１?１?１???：?ｘ?５?①?０?Ｉ??Ｉ－?Ｔ壬圣??Ｃ?．?－??ｗ?（）??？??ｔ＾ｘ?１?１?Ｉ?１?Ｉ?Ｉ???Ｓｔｒｅｓｓ?（ＭＰａ）??＊？?■?．?????？ｂ?丁?，丄?丄??ｍ??－?，，?－??／，?？??１?＾?＼?＇??Ｓｔｒｅｓｓ?（ＭＰａ）?〇??图３－４损伤状态轨迹曲线??Ｆｉｇ．?３－４?Ｔｈｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ｄａｍａｇｅ?ｓｔａｔｅｓ?ｃｕｒｖｅ??３．３?Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ??作为一种探索性数据分析方法，Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ［４？１被用于以不同损伤状态数据组区分??的数据可视化研宄中，其主要操作思路为：以一个三角函数将多维度数据组映射至所??确定的二维平面内，在映射转化过程中，拥有类似源物理背景意义的数据曲线则会完??成自动的聚类分组。此方法主要完成以下两种共功能：??（１）?Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ帮助我们在结构材料因应力／应变持续增加而逐渐损伤的过程??中，将不同类型的损伤数据组合在一起。具体体现为，在聚类后的同一组数据曲线中，??Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ曲线形态相似则代表数据源拥有相似的损伤机制和微观结构变化，甚至??于拥有相似的力学性质。??（２）对以图形化的方式识别损伤模式集群的Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ方法的利用，也同样基??于其在数据转换过程中保留了许多有价值的材料原始损伤固有属性，如平均保存、距??离留存、一维投影和线性关系等参量［８４］。??Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ数据映射算法由如下三角函数式（
【参考文献】：
期刊论文
[1]直升机复合材料桨叶疲劳定寿方法综述[J]. 马存旺,李光亮,屈保杰. 机械强度. 2019(01)
[2]一种基于声发射阵列的航天器在轨碰撞与泄漏定位方法[J]. 綦磊,樊帆,孙立臣,李明利,于兆吉. 载人航天. 2018(04)
[3]Q345R钢拉伸损伤过程声发射特征参数表征及定量评价[J]. 彭国平,张在东,卢超,李秋锋. 无损检测. 2018(01)
[4]基于磁记忆方法的抽油杆裂纹扩展监测[J]. 冷建成,田洪旭,周国强,吴泽民. 材料导报. 2017(24)
[5]金属材料声发射Kaiser效应的混沌特性分析[J]. 刘婷,毛汉领,黄振峰,毛汉颖. 振动与冲击. 2017(12)
[6]基于损伤力学的疲劳裂纹萌生及扩展规律研究[J]. 孙志礼,柴小冬,柳溪溪,王健. 材料导报. 2017(08)
[7]钢丝裂纹扩展估算模型及其在预腐蚀疲劳寿命计算中的应用[J]. 郑祥隆,谢旭,李晓章,钱利芹,申永刚. 土木工程学报. 2017(03)
[8]Anisotropy of Fatigue Behavior and Tensile Behavior of 5A06 Aluminum Alloy Based on Infrared Thermography[J]. 闫志峰,张红霞,CHEN Pengda,WANG Wenxian. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2017(01)
[9]疲劳寿命预测的连续型Miner法[J]. 李伟平,曹和利,李磊,康晋. 计算机仿真. 2017(01)
[10]A promising method for the analysis of notch effect on fatigue strength: Strain energy density approach[J]. SUN ChengQi,HONG YouShi. Science China（Technological Sciences）. 2016(10)
博士论文
[1]双材料裂纹疲劳与断裂数值分析方法研究[D]. 吕君.浙江工业大学 2017
[2]民机金属结构疲劳/损伤容限载荷谱加重研究[D]. 王芳丽.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]铁道车辆转向架构架疲劳寿命及损伤容限评价[D]. 段浩.西南交通大学 2018
[2]钢筋混凝土梁损伤过程声发射信号的分形特征试验研究[D]. 吴超.江苏大学 2016
[3]基于损伤力学的正交异性板疲劳裂纹形成寿命研究[D]. 黄云.西南交通大学 2013
本文编号：3343135
【文章来源】：天津科技大学天津市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１声发射波形示意图??Ｆｉ．?２－１?Ｄｉａｒａｍ?ｏｆ?ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｗａｖｅｆｏｒｍ??
???３基于声发射的材料微损伤多元统计描述??３．１多元随机损伤变量Ｄ矩阵??介于材料疲劳微损伤及其演化过程的非线性、随机性和无序性等特点，而基于声??发射技术所采集的实时连续型信号与材料的真实损伤具有相当的一致性，于是，基于??由试验所采集得声发射信号数据中所提取的特征参数构建二维多元随机损伤变量乃??矩阵［７６］，以实现对材料微损伤在多层次结构上的宏微观统计性描述。??在研宄人员对原始声发射数据进行进一步处理的已有成果中，Ｇａｎｇ?Ｑｉ等提出“多??元随机损伤变量”概念（图３－１）对声发射数据进行更深一步的统计处理，并将由材料??多尺度损伤声发射信号所构建的概率空间量综合平均为一个标量：损伤概率摘，以此??实现了对材料微损伤及其演化的表征［７７，７８］。该方法已在骨水泥、铸铁和纸等［７９，８１］材料??的微损伤演化过程的评估中得到了成功验证，而有关研宄均为在单轴准静态拉伸试验??条件下的损伤评估，且更多的是完成了对多种类型材料宏微观损伤机理的定性分析。??于是，对于包含一定量疲劳微损伤材料情况下该法的有效性表现，值得研究。??＾１?ａｅ?ＫＨＨ?攸丨酿损?Ｉ?，??Ｓ?Ｖ伤变量彳??ｆ贝?特扯提収输入?ｎ?ｔ??伤｜?ＡＥ信号?ＡＥ数据?＿＿＿Ｉ家小??图３－１?Ｄ矩阵参数建立??Ｆｉｇ．?３－１?Ｔｈｅ?ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ?ｏｆ?Ｄ?ｍａｔｒｉｘ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ??通过声发射技术所采集声发射信号包含多维度特征参数（表３－１），将这些参数按??一定参量关系有机地组合到一起，便可对材料损伤试样最初最直观的描述：随机损伤??事件Ｄａｍａｇｅ）?［７４－７８］：??ａｌ＝ｆｌ｛Ｃ，
?天津科技大学硕士学位论文???＊＊｜?１?１?１?１?Ｊ?１?１?１???：?ｘ?５?①?０?Ｉ??Ｉ－?Ｔ壬圣??Ｃ?．?－??ｗ?（）??？??ｔ＾ｘ?１?１?Ｉ?１?Ｉ?Ｉ???Ｓｔｒｅｓｓ?（ＭＰａ）??＊？?■?．?????？ｂ?丁?，丄?丄??ｍ??－?，，?－??／，?？??１?＾?＼?＇??Ｓｔｒｅｓｓ?（ＭＰａ）?〇??图３－４损伤状态轨迹曲线??Ｆｉｇ．?３－４?Ｔｈｅ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ｄａｍａｇｅ?ｓｔａｔｅｓ?ｃｕｒｖｅ??３．３?Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ??作为一种探索性数据分析方法，Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ［４？１被用于以不同损伤状态数据组区分??的数据可视化研宄中，其主要操作思路为：以一个三角函数将多维度数据组映射至所??确定的二维平面内，在映射转化过程中，拥有类似源物理背景意义的数据曲线则会完??成自动的聚类分组。此方法主要完成以下两种共功能：??（１）?Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ帮助我们在结构材料因应力／应变持续增加而逐渐损伤的过程??中，将不同类型的损伤数据组合在一起。具体体现为，在聚类后的同一组数据曲线中，??Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ曲线形态相似则代表数据源拥有相似的损伤机制和微观结构变化，甚至??于拥有相似的力学性质。??（２）对以图形化的方式识别损伤模式集群的Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ方法的利用，也同样基??于其在数据转换过程中保留了许多有价值的材料原始损伤固有属性，如平均保存、距??离留存、一维投影和线性关系等参量［８４］。??Ａｎｄｒｅｗｓ?Ｐｌｏｔ数据映射算法由如下三角函数式（
【参考文献】：
期刊论文
[1]直升机复合材料桨叶疲劳定寿方法综述[J]. 马存旺,李光亮,屈保杰. 机械强度. 2019(01)
[2]一种基于声发射阵列的航天器在轨碰撞与泄漏定位方法[J]. 綦磊,樊帆,孙立臣,李明利,于兆吉. 载人航天. 2018(04)
[3]Q345R钢拉伸损伤过程声发射特征参数表征及定量评价[J]. 彭国平,张在东,卢超,李秋锋. 无损检测. 2018(01)
[4]基于磁记忆方法的抽油杆裂纹扩展监测[J]. 冷建成,田洪旭,周国强,吴泽民. 材料导报. 2017(24)
[5]金属材料声发射Kaiser效应的混沌特性分析[J]. 刘婷,毛汉领,黄振峰,毛汉颖. 振动与冲击. 2017(12)
[6]基于损伤力学的疲劳裂纹萌生及扩展规律研究[J]. 孙志礼,柴小冬,柳溪溪,王健. 材料导报. 2017(08)
[7]钢丝裂纹扩展估算模型及其在预腐蚀疲劳寿命计算中的应用[J]. 郑祥隆,谢旭,李晓章,钱利芹,申永刚. 土木工程学报. 2017(03)
[8]Anisotropy of Fatigue Behavior and Tensile Behavior of 5A06 Aluminum Alloy Based on Infrared Thermography[J]. 闫志峰,张红霞,CHEN Pengda,WANG Wenxian. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2017(01)
[9]疲劳寿命预测的连续型Miner法[J]. 李伟平,曹和利,李磊,康晋. 计算机仿真. 2017(01)
[10]A promising method for the analysis of notch effect on fatigue strength: Strain energy density approach[J]. SUN ChengQi,HONG YouShi. Science China（Technological Sciences）. 2016(10)
博士论文
[1]双材料裂纹疲劳与断裂数值分析方法研究[D]. 吕君.浙江工业大学 2017
[2]民机金属结构疲劳/损伤容限载荷谱加重研究[D]. 王芳丽.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]铁道车辆转向架构架疲劳寿命及损伤容限评价[D]. 段浩.西南交通大学 2018
[2]钢筋混凝土梁损伤过程声发射信号的分形特征试验研究[D]. 吴超.江苏大学 2016
[3]基于损伤力学的正交异性板疲劳裂纹形成寿命研究[D]. 黄云.西南交通大学 2013
本文编号：3343135
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