钢结构疲劳裂纹扩展声发射监测及预警参数的研究

摘要

随着现代工业的快速发展，以金属材料为主要材质的输电、通信铁塔每年都会增加1万多座。由于铁塔长期工作在自然环境下，经常受到自然灾害，如冰雪、飓风等影响，极易产生疲劳损伤，许多研究结果表明，钢结构的疲劳损伤是铁塔发生倒塌的主要原因之一。由于钢结构疲劳损伤是损伤累积的结果，所以以静态缺陷为主要检测对象的常规无损检测很难实现对钢结构疲劳损伤的监测。运用声发射技术能对钢材的疲劳裂纹扩展过程进行实时监测，且对损伤进行有效地判定。
　　本课题研究了铁塔常用钢材-Q345B疲劳裂纹扩展过程中的声发射规律，主要工作和结论如下：
　　（1）进行不同应力比（0.1、0.15、0.2）的疲劳裂纹扩展试验。通过对疲劳裂纹扩展速率的研究，不仅验证了本文试验结果的准确性，而且为疲劳裂纹扩展的声发射预警特性研究提供有效、可靠地力学依据。
　　（2）疲劳裂纹扩展过程的声发射参数研究。结果表明，声发射累积计数的三个阶段分别与疲劳裂纹扩展的裂纹萌生阶段、稳定扩展阶段、失稳断裂阶段具有很强的对应关系，且累积计数值具有预警疲劳失稳断裂的特性。
　　（3）基于声发射计数率对材料进入失稳断裂阶段不便识别的不足之处，根据累积计数值斜率变化在第二阶段和第三阶段的特点，创新地提出用声发射计数率的离散系数对疲劳裂纹扩展过程的第二阶段、第三阶段进行识别；根据计数率离散系数在累积计数值的第二阶段和第三阶段内数据会呈现不同变化规律的特点，可为声发射监测预警模式识别提供依据。
　　（4）为缩减声发射信号数据量，有效降低白噪声干扰，便于数据处理，且缩减后的AE参数依旧可以对疲劳损伤程度进行判定，于是引入了单通道接收AE信号的一段时间平均振铃计数△C/△N作为预警特征参量，一段时间平均振铃计数△C/△N同样具有很好的识别Q345B钢材疲劳裂纹扩展第二、第三阶段的特性。
　　本文引进的两个有效的识别Q345B钢材疲劳裂纹扩展进入第三阶段的参数：声发射计数率的离散系数和一段时间平均振铃计数，对设备模式识别和开发基于声发射监测铁塔疲劳断裂故障设备都具有很大意义。

目录

第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2铁塔检测分析的研究现状

1.3声发射国内外研究现状

1.4论文的主要内容

第二章 材料疲劳声发射及相关断裂力学理论

2.1疲劳裂纹扩展断裂力学的理论基础

2.2声发射概述

2.3 声发射信号类型及特征参数

2.4本章小结

第三章 试验方案及论证

3.1研究目的

3.2试验方案

3.3试验装置

3.4 力学参数设置

3.5 声发射参数的设置及含义

3.6 试验过程及其方法

3.7 本章小结

第四章 Q345B疲劳裂纹扩展及声发射特征研究

4.1 试验及数据

4.2 力学数据处理及分析

4.3 声发射累计计数表征疲劳损伤过程

4.4 声发射信号的预警特性分析

4.4 本章小结

第五章 材料疲劳断裂声发射预警参数的研究

5.1声发射振铃计数率对疲劳损伤过程的描述

5.2 声发射计数率的离散系数对疲劳损伤过程的描述

5.3 声发射一段时间内的平均计数对疲劳损伤过程的描述

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况

致谢

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