基于微觀損傷機理的管節(jié)點疲勞裂紋聲發(fā)射健康監(jiān)測.pdf

1、海洋平臺作為一種海上油氣資源勘探開發(fā)的大型空間桁架結(jié)構(gòu),長期工作在極端惡劣的海洋環(huán)境中。幾十年來,由于平臺結(jié)構(gòu)的損傷斷裂,造成了許多的災(zāi)難性事故。大量的事故原因調(diào)查發(fā)現(xiàn),疲勞累積損傷是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的最大因素,但是疲勞損傷演化的物理機制十分復(fù)雜,至今尚有許多的基本問題沒有得到解決,也未形成統(tǒng)一的理論。探求海洋環(huán)境下,海洋結(jié)構(gòu)物的疲勞損傷規(guī)律,有效地監(jiān)測海洋平臺的損傷累積過程,及時發(fā)現(xiàn)問題,對設(shè)備進行維修加固,延長設(shè)備的使用壽命,避免災(zāi)難的

2、發(fā)生是十分有必要的。
　　K型管節(jié)點是海洋平臺的關(guān)鍵部位,同時也是最薄弱的環(huán)節(jié),平臺結(jié)構(gòu)失效的重要因素是管節(jié)點的變形以及損傷裂紋的擴展。本文首先將斷裂力學(xué)與損傷熱力學(xué)概念引入管節(jié)點疲勞損傷演化機理的研究中,在微觀尺度下,從結(jié)構(gòu)物的點缺陷、位錯缺陷兩個方面,共同揭示疲勞損傷演化的微觀機制和疲勞損傷演化的規(guī)律:如果在整個晶體中,受到連續(xù)作用的載荷,內(nèi)部的原子受到熱擾動而發(fā)生逃逸,產(chǎn)生空位;裂紋尖端同時會釋放出大量位錯,諸位錯和空位化學(xué)

3、勢發(fā)生變化,那么,將會在位錯之間,以及向材料表面引起點缺陷擴散流,從而引起材料發(fā)生疲勞斷裂。
　　其次,在理論研究的基礎(chǔ)上,從實驗的角度,利用聲發(fā)射檢測技術(shù)對K型管節(jié)點試件的疲勞裂紋擴展過程進行了監(jiān)測。首先對聲發(fā)射技術(shù)的基本概念進行了簡單的介紹,闡明聲發(fā)射技術(shù)的監(jiān)測原理。從斷裂力學(xué)的角度,結(jié)合位錯產(chǎn)生機制,分析疲勞損傷裂紋在萌生和擴展的過程中,聲發(fā)射信號產(chǎn)生的機理,總結(jié)常用的信號特征分析方法,模擬K型管節(jié)在外加載荷作用下的斷裂,利

4、用PXWAE全波形聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)監(jiān)測整個斷裂過程中疲勞裂紋的發(fā)展?fàn)顩r,提取疲勞裂紋各個階段產(chǎn)生的聲發(fā)射信號,為后續(xù)的信號分析處理做準(zhǔn)備。
　　最后,基于總體經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解技術(shù)以及希爾伯特黃變換理論,實現(xiàn)對疲勞裂紋聲發(fā)射信號的分解和重構(gòu),克服原有經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解技術(shù)模態(tài)混疊的現(xiàn)象,從而揭示裂紋發(fā)展各階段聲發(fā)射信號時頻特征,構(gòu)建希爾伯特邊際譜和能量譜,從而探討疲勞裂紋擴展的能量變化特征。
　　本文的研究成果進一步豐富了疲勞損傷理論