基于聲發(fā)射的裂紋建模與診斷.pdf

1、工程結(jié)構(gòu)失效引發(fā)的災(zāi)難性事故時有發(fā)生,結(jié)構(gòu)失效通常由腐蝕、溫度、裂紋等引起,而裂紋是首要因素。當前裂紋是工程界得到廣泛研究,但因為裂紋發(fā)展過程難以直接觀測,所以對裂紋萌發(fā)和擴展的動態(tài)過程還知之甚少。裂紋活動時會產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象,聲發(fā)射信號包含了大量與動態(tài)裂紋直接相關(guān)的信息,因而可以用于動態(tài)裂紋研究。本論文基于聲發(fā)射開展裂紋的建模與診斷。
　　(1)首先,研究了聲發(fā)射波動的機理。采用彈性動力學(xué)原理建立了聲發(fā)射波動方程,利用方程的格林函

2、數(shù)解建立了聲發(fā)射波動的一般模型?；谠撃Ｐ蛯﹄A躍脈沖、矩形脈沖、高斯脈沖、落球沖擊脈沖激發(fā)的聲發(fā)射波形進行了仿真,其中,落球聲發(fā)射仿真波形與試驗波形吻合,表明建立的聲發(fā)射波動模型是正確的。
　　(2)然后,開展了鋼結(jié)構(gòu)裂紋聲發(fā)射試驗研究。裂紋發(fā)展時經(jīng)歷了塑性變形、裂紋萌發(fā)和裂紋擴展三個階段,整個過程中的可觀測到三種聲發(fā)射波型:突發(fā)型、連續(xù)型和混合型。裂紋塑性變形階段主要為連續(xù)型波;裂紋萌發(fā)時會出現(xiàn)突發(fā)型波和混合型波;裂紋擴展階段主

3、要出現(xiàn)混合型波和低頻連續(xù)型波,其中低頻連續(xù)型波主要是由裂紋面摩擦產(chǎn)生。
　　(3)基于上述分析,對裂紋進行建模研究。分別采用點應(yīng)力和矩張量描述裂紋的萌發(fā)和擴展,分別建立了裂紋萌發(fā)和擴展的聲發(fā)射正演模型,并對裂紋萌發(fā)、I、II型裂紋擴展的聲發(fā)射波形進行正演仿真分析?；诼暟l(fā)射正演模型和逆褶積方法建立了裂紋萌發(fā)和擴展的聲發(fā)射反演模型。將上述模型應(yīng)用于斷鉛聲發(fā)射波形反演研究,得到斷鉛聲發(fā)射源函數(shù)。對該函數(shù)進行分析發(fā)現(xiàn):裂紋萌發(fā)時,裂紋區(qū)

4、的應(yīng)力不斷上升,在裂紋擴展時,裂紋區(qū)的應(yīng)力不斷下降。根據(jù)應(yīng)力下降時間計算得到裂紋擴展速度為0.0943mmμs。
　　(4)最后,進行了裂紋診斷方法的研究。針對聲發(fā)射時差定位中初至?xí)r刻拾取的問題,提出了基于包絡(luò) H?lder指數(shù)的初至?xí)r刻拾取方法,將其應(yīng)用于斷鉛和鋼結(jié)構(gòu)裂紋聲發(fā)射信號,初至?xí)r刻拾取誤差不超過2μs。針對裂紋位置準確識別的問題,構(gòu)造了聲發(fā)射活動性評價指標,結(jié)合模糊聚類法對鋼結(jié)構(gòu)裂紋擴展位置進行了有效識別。針對裂紋類型