基于微观损伤机理的管节点疲劳裂纹声发射健康监测-机械电子工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 (注:如没有其他需要特别声明的，本栏可空)或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我 一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名:陈毕 签字日期:川年了月们 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项: 1.学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。 2. 学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学中国 学术期刊 (光盘版)电子杂志社用于出 版和编入 CNKI 中国知识资源总库)) ， 授权中国科学技术信息研究所将本学 位论文收录到《中国 学位论文全文数据库》。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 :件制 签字日期 : r 午 年 了月 号/ 日 签字 日期:刘(c_年 立月 训 日 基于微观损伤机理的管节点疲劳裂纹声发射健康监测 摘 要 海洋平台作为一种海上油气资源勘探开发的大型空间桁架结构，长期工作在 极端恶劣的海洋环境中。几十年来，由于平台结构的损伤断裂，造成了许多的灾 难性事故。大量的事故原因调查发现，疲劳累积损伤是导致结构失效的最大因素， 但是疲劳损伤演化的物理机制十分复杂，至今尚有许多的基本问题没有得到解 决，也未形成统一的理论。探求海洋环境下，海洋结构物的疲劳损伤规律，有效 地监测海洋平台的损伤累积过程，及时发现问题，对设备进行维修加固，延长设 备的使用寿命，避免灾难的发生是十分有必要的。 K 型管节点是海洋平台的关键部位，同时也是最薄弱的环节，平台结构失效 的重要因素是管节点的变形以及损伤裂纹的扩展。本文首先将断裂力学与损伤热 力学概念引入管节点疲劳损伤演化机理的研究中，在微观尺度下，从结构物的点 缺陷、位错缺陷两个方面，共同揭示疲劳损伤演化的微观机制和疲劳损伤演化的 规律：如果在整个晶体中，受到连续作用的载荷，内部的原子受到热扰动而发生 逃逸，产生空位；裂纹尖端同时会释放出大量位错，诸位错和空位化学势发生变 化，那么，将会在位错之间，以及向材料表面引起点缺陷扩散流，从而引起材料 发生疲劳断裂。 其次，在理论研究的基础上，从实验的角度，利用声发射检测技术对 K 型 管节点试件的疲劳裂纹扩展过程进行了监测。首先对声发射技术的基本概念进行 了简单的介绍，阐明声发射技术的监测原理。从断裂力学的角度，结合位错产生 机制，分析疲劳损伤裂纹在萌生和扩展的过程中，声发射信号产生的机理，总结 常用的信号特征分析方法，模拟 K 型管节在外加载荷作用下的断裂，利用 PXWAE 全波形声发射信号采集系统监测整个断裂过程中疲劳裂纹的发展状况，提取疲劳 裂纹各个阶段产生的声发射信号，为后续的信号分析处理做准备。 最后，基于总体经验模态分解技术以及希尔伯特黄变换理论，实现对疲劳裂 纹声发射信号的分解和重构，克服原有经验模态分解技术模态混叠的现象，从而 揭示裂纹发展各阶段声发射信号时频特征，构建希尔伯特边际谱和能量谱，从而 探讨疲劳裂纹扩展的能量变化特征。 1 本文的研究成果进一步丰富了疲劳损伤理论，从宏观和微观两个角度解释了 材料为什么会在远低于疲劳极限的情况下发生疲劳破坏，验证了理论模型的有效 性和正确性，为实际的工程应用提供了理论基础。利用声发射技术监测海洋平台 管节点疲劳裂纹的发展过程，提高监测过程的实时性、经济性和安全性。 关键词：K 型管节点;微观疲劳;声发射;信号处理 2 Acoustic emission health monitoring for cracked tubular joints of offshore platform based on microscopic damage mechanism Abstract Offshore platforms work as a huge truss structure to develop ocean oil and gas resources and being in complex marine environment for long-term. The reason of the huge catastrophic accidents occurred on marine structures over the past decade is summarize