焊接熱作用下結(jié)構(gòu)裂紋聲發(fā)射建模及特性研究.pdf

1、焊接過程結(jié)構(gòu)裂紋聲發(fā)射檢測中，裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號經(jīng)由非均勻溫度場分布的結(jié)構(gòu)傳播至聲發(fā)射傳感器，其傳播特性(衰減、傳播速度、時域、頻域及時頻域特性)不僅取決于結(jié)構(gòu)材質(zhì)、尺寸、形狀，還受熱作用的影響，尤其在瞬時熱沖擊場中，熱波在結(jié)構(gòu)中與裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號相互耦合與傳播，影響聲發(fā)射信號的檢測及聲發(fā)射源的識別。目前，均勻介質(zhì)、非均勻介質(zhì)波動傳播理論所包含的波動方程及求解方法，難以描述和獲取焊接熱源作用下非均勻溫度場分布結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射彈性波動特

2、性。
　　因此論文提出焊接熱作用下結(jié)構(gòu)裂紋聲發(fā)射建模及特性研究，通過對非均勻溫度場分布結(jié)構(gòu)聲發(fā)射彈性波波動模型及求解進(jìn)行深入研究，建立焊接移動點熱源作用下裂紋形成和擴展的結(jié)構(gòu)聲發(fā)射波動模型及有限元求解方法，探討移動點熱源作用下焊接結(jié)構(gòu)聲發(fā)射特性及規(guī)律，為實現(xiàn)焊接過程裂紋的聲發(fā)射在線檢測提供理論依據(jù)。主要內(nèi)容如下：
　　1.基于熱彈性力學(xué)和裂紋擴展有限元理論（XFEM），建立焊接過程熱作用下裂紋擴展動力學(xué)模型，計算分析了焊接過

3、程結(jié)構(gòu)裂紋熱力特性。首先，建立了焊接平板三維有限元模型，選取移動高斯熱源模型作為邊界條件，進(jìn)行焊接溫度場求解；其次，建立了基于XFEM的焊接過程結(jié)構(gòu)裂紋擴展動力學(xué)模型，采用間接耦合方法，求解焊接熱作用下裂紋單元近場的應(yīng)力和能量參數(shù)，并通過分析裂紋單元的應(yīng)力和能量變化規(guī)律，建立了焊接熱作用下裂紋擴展聲發(fā)射源力學(xué)模型。
　　2.建立了焊接熱作用下聲發(fā)射波動仿真模型，以焊接溫度場和聲發(fā)射源作為邊界條件，進(jìn)行聲發(fā)射波動求解，通過分析計算得

4、到的焊接移動點熱源作用下的聲發(fā)射波動云圖及聲發(fā)射位移波形圖，總結(jié)了焊接移動點熱源作用對聲發(fā)射波動傳播特性的影響規(guī)律。并將仿真信號與實測信號進(jìn)行對比分析，驗證了波動仿真模型及求解方法的準(zhǔn)確性。
　　3.建立了焊接熱作用下平板結(jié)構(gòu)裂紋擴展聲發(fā)射波動仿真模型，計算分析了沿不同角度傳播的聲發(fā)射信號幅值及焊接加熱和冷卻過程平板結(jié)構(gòu)不同長度和深度裂紋擴展的聲發(fā)射波形信號及時頻圖，分析總結(jié)了焊接熱作用對聲發(fā)射幅值和傳播角度的影響及焊接加熱與冷卻