基于声发射的裂纹建模与诊断

发布时间：2017-04-25 08:04

  本文关键词：基于声发射的裂纹建模与诊断，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工程结构失效引发的灾难性事故时有发生，结构失效通常由腐蚀、温度、裂纹等引起，而裂纹是首要因素。当前裂纹是工程界得到广泛研究，但因为裂纹发展过程难以直接观测，所以对裂纹萌发和扩展的动态过程还知之甚少。裂纹活动时会产生声发射现象，声发射信号包含了大量与动态裂纹直接相关的信息，因而可以用于动态裂纹研究。本论文基于声发射开展裂纹的建模与诊断。 （1）首先，研究了声发射波动的机理。采用弹性动力学原理建立了声发射波动方程，利用方程的格林函数解建立了声发射波动的一般模型。基于该模型对阶跃脉冲、矩形脉冲、高斯脉冲、落球冲击脉冲激发的声发射波形进行了仿真，其中，落球声发射仿真波形与试验波形吻合，，表明建立的声发射波动模型是正确的。 （2）然后，开展了钢结构裂纹声发射试验研究。裂纹发展时经历了塑性变形、裂纹萌发和裂纹扩展三个阶段，整个过程中的可观测到三种声发射波型：突发型、连续型和混合型。裂纹塑性变形阶段主要为连续型波；裂纹萌发时会出现突发型波和混合型波；裂纹扩展阶段主要出现混合型波和低频连续型波，其中低频连续型波主要是由裂纹面摩擦产生。 （3）基于上述分析，对裂纹进行建模研究。分别采用点应力和矩张量描述裂纹的萌发和扩展，分别建立了裂纹萌发和扩展的声发射正演模型，并对裂纹萌发、I、II型裂纹扩展的声发射波形进行正演仿真分析。基于声发射正演模型和逆褶积方法建立了裂纹萌发和扩展的声发射反演模型。将上述模型应用于断铅声发射波形反演研究，得到断铅声发射源函数。对该函数进行分析发现：裂纹萌发时，裂纹区的应力不断上升，在裂纹扩展时，裂纹区的应力不断下降。根据应力下降时间计算得到裂纹扩展速度为0.0943mm μs。 （4）最后，进行了裂纹诊断方法的研究。针对声发射时差定位中初至时刻拾取的问题，提出了基于包络H lder指数的初至时刻拾取方法，将其应用于断铅和钢结构裂纹声发射信号，初至时刻拾取误差不超过2μs。针对裂纹位置准确识别的问题，构造了声发射活动性评价指标，结合模糊聚类法对钢结构裂纹扩展位置进行了有效识别。针对裂纹类型诊断的问题，采用矩张量诊断方法对钢结构裂纹扩展类型进行了判定，并定量地计算出裂纹扩展的方向角。
【关键词】：裂纹萌发 裂纹扩展 声发射 建模 诊断
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH165.3
【目录】：

• 内容摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 常用声发射信号处理方法11-12
• 1.2.2 声发射在裂纹建模中的发展12-14
• 1.2.3 声发射诊断法的发展与应用14-15
• 1.3 论文结构安排15-16
• 2 声发射波动特性16-31
• 2.1 引言16
• 2.2 声发射波动特性16-20
• 2.2.1 声发射波的来源16-17
• 2.2.2 声发射波的特点17-18
• 2.2.3 声发射波传播规律18-20
• 2.3 声发射波动方程20-30
• 2.3.1 波动方程建立20-22
• 2.3.2 一般求解方法22
• 2.3.3 积分求解法与算例22-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 声发射试验与分析31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 声发射信号采集试验31-38
• 3.2.1 声发射采集系统31-32
• 3.2.2 模拟源的声发射试验32-34
• 3.2.3 裂纹声发射试验34-38
• 3.3 裂纹声发射信号分析38-46
• 3.3.1 统计参数分析方法38-41
• 3.3.2 波形特征分析方法41-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 基于声发射的裂纹建模47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 裂纹声发射正演47-55
• 4.2.1 裂纹的两种描述方法47-49
• 4.2.2 裂纹声发射正演模型49-50
• 4.2.3 裂纹声发射波形正演50-55
• 4.3 裂纹声发射反演55-60
• 4.3.1 裂纹源函数反演模型55-56
• 4.3.2 裂纹源函数的反演56-59
• 4.3.3 动态裂纹机理分析59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 基于声发射的裂纹诊断61-75
• 5.1 引言61
• 5.2 裂纹位置诊断方法61-69
• 5.2.1 初至时刻拾取61-66
• 5.2.2 裂纹位置识别66-69
• 5.3 裂纹类型诊断方法69-74
• 5.3.1 基于声发射的矩张量计算69-70
• 5.3.2 裂纹类型的矩张量诊断70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 6 结论与展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 附录：攻读硕士学位期间参与项目及取得成果82-83

【参考文献】

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本文编号：325935