论文部分内容阅读
焊接过程结构裂纹声发射检测中,裂纹产生的声发射信号经由非均匀温度场分布的结构传播至声发射传感器,其传播特性(衰减、传播速度、时域、频域及时频域特性)不仅取决于结构材质、尺寸、形状,还受热作用的影响,尤其在瞬时热冲击场中,热波在结构中与裂纹产生的声发射信号相互耦合与传播,影响声发射信号的检测及声发射源的识别。目前,均匀介质、非均匀介质波动传播理论所包含的波动方程及求解方法,难以描述和获取焊接热源作用下非均匀温度场分布结构的声发射弹性波动特性。因此论文提出焊接热作用下结构裂纹声发射建模及特性研究,通过对非均匀温度场分布结构声发射弹性波波动模型及求解进行深入研究,建立焊接移动点热源作用下裂纹形成和扩展的结构声发射波动模型及有限元求解方法,探讨移动点热源作用下焊接结构声发射特性及规律,为实现焊接过程裂纹的声发射在线检测提供理论依据。主要内容如下:1.基于热弹性力学和裂纹扩展有限元理论(XFEM),建立焊接过程热作用下裂纹扩展动力学模型,计算分析了焊接过程结构裂纹热力特性。首先,建立了焊接平板三维有限元模型,选取移动高斯热源模型作为边界条件,进行焊接温度场求解;其次,建立了基于XFEM的焊接过程结构裂纹扩展动力学模型,采用间接耦合方法,求解焊接热作用下裂纹单元近场的应力和能量参数,并通过分析裂纹单元的应力和能量变化规律,建立了焊接热作用下裂纹扩展声发射源力学模型。2.建立了焊接热作用下声发射波动仿真模型,以焊接温度场和声发射源作为边界条件,进行声发射波动求解,通过分析计算得到的焊接移动点热源作用下的声发射波动云图及声发射位移波形图,总结了焊接移动点热源作用对声发射波动传播特性的影响规律。并将仿真信号与实测信号进行对比分析,验证了波动仿真模型及求解方法的准确性。3.建立了焊接热作用下平板结构裂纹扩展声发射波动仿真模型,计算分析了沿不同角度传播的声发射信号幅值及焊接加热和冷却过程平板结构不同长度和深度裂纹扩展的声发射波形信号及时频图,分析总结了焊接热作用对声发射幅值和传播角度的影响及焊接加热与冷却过程平板结构不同长度和深度裂纹与声发射信号的时频能量关系。