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(guò)程結(jié)構(gòu)裂紋聲發(fā)射檢測(cè)中，裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)經(jīng)由非均勻溫度場(chǎng)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(shí)域、頻域及時(shí)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(shí)熱沖擊場(chǎng)中，熱波在結(jié)構(gòu)中與裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)相互耦合與傳播，影響聲發(fā)射信號(hào)的檢測(cè)及聲發(fā)射源的識(shí)別。目前，均勻介質(zhì)、非均勻介質(zhì)波動(dòng)傳播理論所包含的波動(dòng)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(chǎng)分布結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射彈性波動(dòng)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(guò)對(duì)非均勻溫度場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)聲發(fā)射彈性波波動(dòng)模型及求解進(jìn)行深入研究，建立焊接移動(dòng)點(diǎn)熱源作用下裂紋形成和擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)聲發(fā)射波動(dòng)模型及有限元求解方法，探討移動(dòng)點(diǎn)熱源作用下焊接結(jié)構(gòu)聲發(fā)射特性及規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程裂紋的聲發(fā)射在線檢測(cè)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(kuò)展有限元理論（XFEM），建立焊接過(guò)程熱作用下裂紋擴(kuò)展動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算分析了焊接過(guò)

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(dòng)高斯熱源模型作為邊界條件，進(jìn)行焊接溫度場(chǎng)求解；其次，建立了基于XFEM的焊接過(guò)程結(jié)構(gòu)裂紋擴(kuò)展動(dòng)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(chǎng)的應(yīng)力和能量參數(shù)，并通過(guò)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(kuò)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(dòng)仿真模型，以焊接溫度場(chǎng)和聲發(fā)射源作為邊界條件，進(jìn)行聲發(fā)射波動(dòng)求解，通過(guò)分析計(jì)算得

4、到的焊接移動(dòng)點(diǎn)熱源作用下的聲發(fā)射波動(dòng)云圖及聲發(fā)射位移波形圖，總結(jié)了焊接移動(dòng)點(diǎn)熱源作用對(duì)聲發(fā)射波動(dòng)傳播特性的影響規(guī)律。并將仿真信號(hào)與實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了波動(dòng)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(kuò)展聲發(fā)射波動(dòng)仿真模型，計(jì)算分析了沿不同角度傳播的聲發(fā)射信號(hào)幅值及焊接加熱和冷卻過(guò)程平板結(jié)構(gòu)不同長(zhǎng)度和深度裂紋擴(kuò)展的聲發(fā)射波形信號(hào)及時(shí)頻圖，分析總結(jié)了焊接熱作用對(duì)聲發(fā)射幅值和傳播角度的影響及焊接加熱與冷卻