钢材损伤过程声发射监测与评价方法研究

发布时间：2017-09-23 23:13

  本文关键词：钢材损伤过程声发射监测与评价方法研究

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【摘要】：随着工业生产的快速发展,钢材已普遍应用于各行各业,成为社会生产所需的基本材料,于此同时由于钢材损伤失效也导致了一系列的问题。常规的无损检测方法很难实现钢材损伤过程中危害的监测,通常只适用于钢材产品的静态缺陷检测,而声发射监测技术可以实现钢材损伤过程的实时监测,能及时准确地发现损伤的部位和评价损伤的危害程度,可以很大程度上减少工业中钢材产品在使用过程中带来的各种事故和损失。本文主要研究了钢材损伤过程中产生声发射源的不同损伤机制以及在每种损伤机制下不同损伤影响因素带来的影响。分析得出了两种最为典型的钢材损伤过程的声发射信号源的产生损伤机制,即塑性变形和裂纹扩展。从这两种损伤机制出发,首先通过对拉伸试件在其不同损伤影响因素下进行了拉伸损伤过程的声发射监测试验和评价研究,而后通过对疲劳标准单边缺口三点弯曲SE(B)试件在其不同损伤影响因素下进行了疲劳裂纹扩展损伤过程的声发射监测试验和评价研究。对于钢材拉伸损伤过程及其不同损伤影响因素下的声发射监测试验和评价研究方面,首先通过对称半圆形缺口、对称线形缺口和标准无缺口的Q235钢材和铸铁拉伸试件在不同拉伸速率下进行了拉伸损伤过程的声发射监测试验;然后分别针对不同材料的塑脆性能、不同的缺口效应和不同拉伸速率三种拉伸损伤影响因素对拉伸损伤过程的力学影响进行了分析,在此基础上,通过不同的声发射特征参数分析方法分析了拉伸损伤各个力学行为阶段的声发射信号的一般规律和特征;最后基于不同的特征参数累积曲线及其归一化曲线对拉伸损伤进行了定量评价以及对不同的特征参数累积曲线间进行了相关性分析,进一步分析总结了三种不同损伤影响因素对拉伸损伤过程中声发射监测信号表征特征的影响变化规律。基于拉伸损伤声发射监测试验,对声发射监测信号的处理方法进行了研究。通过广义S变换、短时Fourier变换、连续小波变换、标准S变换对非平稳信号的处理进行了时频分析的对比,得出广义S变换具有自适应特性,使其具有良好的时频分辨率。利用傅里叶变换和自适应广义S变换分别对钢材拉伸损伤过程中各个阶段的信号以及环境噪声信号进行了频谱分析和时频分析,分析总结了屈服阶段、强化阶段、断裂阶段和环境噪声4种声发射信号的频谱特性和时频特性。对于钢材疲劳裂纹扩展损伤过程及其不同损伤影响因素下的声发射监测试验和评价研究方面,首先通过在不同应力比和不同疲劳频率下对Q345钢材和45号钢材的标准单边缺口三点弯曲SE(B)试件进行疲劳裂纹扩展损伤过程的声发射监测试验;然后分析总结了钢材的不同塑性、不同加载频率和不同加载应力比三种损伤影响因素对钢材疲劳裂纹扩展的力学影响规律;最后,在力学影响规律的基础上,通过声发射特征参数分析了各种疲劳受力下疲劳裂纹的萌生阶段、稳定扩展阶段和失稳阶段的声发射监测信号的一般规律和特征,再进一步分析总结了三种不同损伤影响因素对钢材疲劳裂纹扩展声发射监测信号特征的影响变化规律。基于钢材疲劳裂纹扩展声发射监测试验,将声发射监测信号的特征参数与钢材疲劳裂纹扩展力学参数之间的关系进行了分析。结合Paris经验公式的推广,对声发射信号的特征参数与钢材疲劳裂纹扩展力学参数之间建立了关系分析,进而实现通过声发射特征参数对疲劳裂纹扩展信息的评价。
【关键词】：钢材损伤 声发射监测 损伤影响因素 信号处理 损伤评价
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.28
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 声发射监测技术的国内外研究状况12-13
• 1.3 钢材的无损检测13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 第2章 钢材损伤过程声发射监测的基本理论16-29
• 2.1 声发射监测技术的基本原理16-18
• 2.2 钢材损伤过程中声发射源的产生机制18-23
• 2.2.1 常见声发射源的产生机制18-19
• 2.2.2 钢材损伤过程中典型声发射信号源的产生机制的介绍19-23
• 2.3 声发射信号的分析方法23-28
• 2.3.1 声发射信号的类型23-24
• 2.3.2 声发射信号的特征参数分析法24-26
• 2.3.3 声发射信号的波形分析法26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 钢材拉伸损伤过程声发射监测试验及其评价研究29-71
• 3.1 引言29-30
• 3.2 拉伸损伤过程的声发射监测试验30-36
• 3.2.1 试验目的30-31
• 3.2.2 试验装置31-32
• 3.2.3 试验方案32-34
• 3.2.4 试验过程及方法34-36
• 3.3 试验环境中噪声信号的特征分析36-37
• 3.4 Q235钢材与铸铁拉伸损伤过程的力学及其声发射特征分析37-50
• 3.4.1 拉伸损伤力学规律的对比分析38-39
• 3.4.2 AE信号特征参数的历程图分析39-41
• 3.4.3 AE信号的分布分析和关联分析41-44
• 3.4.4 AE信号特征参数累积量的定量评价及其互相关性分析44-50
• 3.5 不同缺口效应下拉伸损伤过程的力学及其声发射特征分析50-59
• 3.5.1 不同缺口效应下拉伸损伤力学规律的对比分析50-52
• 3.5.2 AE特征参数历程图的对比分析52-56
• 3.5.3 AE特征参数的累积量归一化变化曲线的分析56-59
• 3.6 不同拉伸速率下拉伸损伤过程的力学及其声发射特征分析59-64
• 3.6.1 不同拉伸速率下拉伸损伤力学规律的对比分析59-60
• 3.6.2 不同拉伸速率下AE信号特征参数累积量变化规律的分析60-64
• 3.7 钢材拉伸损伤过程中AE信号的频谱分析和时频分析64-69
• 3.7.1 非平稳信号的不同时频分析方法的对比64-66
• 3.7.2 钢材拉伸AE信号的傅里叶变换和自适应广义S变换分析66-69
• 3.8 本章小结69-71
• 第4章 钢材疲劳裂纹扩展声发射监测试验及其评价研究71-99
• 4.1 引言71-72
• 4.2 钢材疲劳裂纹扩展及其声发射监测试验72-78
• 4.2.1 试验目的72-73
• 4.2.2 试验装置73
• 4.2.3 试验方案73-76
• 4.2.4 试验过程及方法76-78
• 4.3 不同频率下疲劳裂纹扩展及其声发射特性的试验结果分析78-87
• 4.3.1 不同频率下疲劳裂纹扩展力学规律的试验结果分析78-83
• 4.3.2 不同频率下疲劳裂纹扩展声发射监测信号的结果分析83-87
• 4.4 不同应力比下疲劳裂纹扩展及其声发射特性试验结果分析87-95
• 4.4.1 不同应力比下疲劳裂纹扩展的力学规律试验结果分析88-90
• 4.4.2 不同应力比下疲劳裂纹扩展声发射监测信号的结果分析90-95
• 4.5 声发射特征参数与疲劳裂纹扩展力学参数的关系分析95-98
• 4.6 本章小结98-99
• 第5章 结论与展望99-103
• 5.1 总结99-101
• 5.2 展望101-103
• 参考文献103-108
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况108-109
• 致谢109-110

【共引文献】

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本文编号：908003