焊接熱作用下結構裂紋聲發(fā)射建模及特性研究.pdf

1、焊接過程結構裂紋聲發(fā)射檢測中，裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號經(jīng)由非均勻溫度場分布的結構傳播至聲發(fā)射傳感器，其傳播特性(衰減、傳播速度、時域、頻域及時頻域特性)不僅取決于結構材質、尺寸、形狀，還受熱作用的影響，尤其在瞬時熱沖擊場中，熱波在結構中與裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號相互耦合與傳播，影響聲發(fā)射信號的檢測及聲發(fā)射源的識別。目前，均勻介質、非均勻介質波動傳播理論所包含的波動方程及求解方法，難以描述和獲取焊接熱源作用下非均勻溫度場分布結構的聲發(fā)射彈性波動特

2、性。
　　因此論文提出焊接熱作用下結構裂紋聲發(fā)射建模及特性研究，通過對非均勻溫度場分布結構聲發(fā)射彈性波波動模型及求解進行深入研究，建立焊接移動點熱源作用下裂紋形成和擴展的結構聲發(fā)射波動模型及有限元求解方法，探討移動點熱源作用下焊接結構聲發(fā)射特性及規(guī)律，為實現(xiàn)焊接過程裂紋的聲發(fā)射在線檢測提供理論依據(jù)。主要內容如下：
　　1.基于熱彈性力學和裂紋擴展有限元理論（XFEM），建立焊接過程熱作用下裂紋擴展動力學模型，計算分析了焊接過

3、程結構裂紋熱力特性。首先，建立了焊接平板三維有限元模型，選取移動高斯熱源模型作為邊界條件，進行焊接溫度場求解；其次，建立了基于XFEM的焊接過程結構裂紋擴展動力學模型，采用間接耦合方法，求解焊接熱作用下裂紋單元近場的應力和能量參數(shù)，并通過分析裂紋單元的應力和能量變化規(guī)律，建立了焊接熱作用下裂紋擴展聲發(fā)射源力學模型。
　　2.建立了焊接熱作用下聲發(fā)射波動仿真模型，以焊接溫度場和聲發(fā)射源作為邊界條件，進行聲發(fā)射波動求解，通過分析計算得

4、到的焊接移動點熱源作用下的聲發(fā)射波動云圖及聲發(fā)射位移波形圖，總結了焊接移動點熱源作用對聲發(fā)射波動傳播特性的影響規(guī)律。并將仿真信號與實測信號進行對比分析，驗證了波動仿真模型及求解方法的準確性。
　　3.建立了焊接熱作用下平板結構裂紋擴展聲發(fā)射波動仿真模型，計算分析了沿不同角度傳播的聲發(fā)射信號幅值及焊接加熱和冷卻過程平板結構不同長度和深度裂紋擴展的聲發(fā)射波形信號及時頻圖，分析總結了焊接熱作用對聲發(fā)射幅值和傳播角度的影響及焊接加熱與冷卻