● 摘要
16Mn钢是现在国内大量使用的工程结构钢，广泛地用于压力容器、桥梁、汽车主梁、钢结构等领域。对16Mn钢的在役损伤监测和损伤度评估的研究，将在钢结构的安全运行，维修计划，老化评估等方面将产生重大的经济和社会效应。声发射(AE)检/监测技术是现代发展起来的一种高效的无损检/监测方法。这种无损检/监测方法具有灵敏度高，监测范围大，能长期连续监测，对监测结构的影响小等优点，非常适合大型及复杂结构的检/监测。利用声发射技术，本研究对16Mn钢在拉伸和疲劳载荷下的损伤过程进行了监测。结果发现，利用声发射监测的信号，能够实现16Mn钢试样的损伤分析和安全评估。对16Mn钢损伤分析及安全评估的主要内容有：1）噪声和损伤类型识别：不同的声发射源，具有不同的声发射特征。本试验先利用声发射波形法分析了不同拉伸阶段和疲劳阶段的声发射信号特征。同时，本研究将信号的声发射能量计数与其持续时间的比值定义为声发射能量释放率，可以表征声发射信号的能量计数释放的烈度。研究发现，利用信号的声发射能量释放率和平均频率可以将疲劳振动摩擦、电磁干扰与真正的试样的声发射信号屈服开来，并且还能将试样的声发射信号区分为屈服，塑性变形，稳定裂纹扩展，失稳断裂四种类型，即也能够实现噪声鉴别和信号识别。本研究结合模糊数学的聚类方法，本研究提出先通过采集到的各种损伤类型的声发射信号，计算各自信号的声发射能量释放率和平均频率的聚类中心，实现声发射的聚类。然后，对新收到的声发射信号，利用模糊识别方法，计算该信号对前述各个损伤类型的隶属度。最后，按照最大隶属度原则确定该信号的归属，实现声发射信号的类型识别。2）缺陷有害度评估：本研究根据损伤类型识别的结果和前人的经验，定义了某损伤阶段缺陷有害度。这个有害度集中了外载荷，声发射能量释放率，撞击数的增长率，声发射事件的分布面积这四个因素，即认为外载荷越大，声发射能量释放率越大，撞击数增长越快，声发射事件的在监测件上的分布密度越小，表明该缺陷的有害程度越高。