题目：声发射监测钢的形变与裂纹扩展行为和技术研究

任何钢结构都不可避免地存在着类似于微裂纹的损伤，这些损伤在静态或交变载荷的作用下可能会扩展，从而导致材料性能下降而引发安全事故，因此进行各种载荷作用下钢结构材料损伤机理及监测技术的研究，具有重要的理论价值和现实意义。本文采用声发射技术对钢结构典型材料16Mn钢在静载拉伸和疲劳载荷作用下的损伤过程进行了系统的理论和试验研究，从材料的微观损伤机理、信号处理及预测方法等角度，分别研究了材料静载拉伸和疲劳不同损伤阶段的声发射信号特征和产生的物理机制等，论文的主要工作和研究内容如下：1) 研究了16Mn钢静载拉伸过程中四个阶段(弹性变形阶段、屈服阶段、均匀变形阶段和局部变形阶段)声发射信号的演化规律，并在神经网络和信息融合理论的基础上，结合本论提出的组合顺序和加权因子，建立了16Mn钢形变损伤识别系统，运用该系统可根据试验获得的四个阶段典型损伤声发射信号特征，判断相同/相近试验条件下材料的损伤程度；2) 为了进一步探讨材料微观变化与声发射信号的关系，采用双谱估计理论对16Mn钢形变过程的声发射信号进行分析，并根据其双谱特点，定义了损伤表征参数—损伤的声发射频率参数。然后，根据位错运动学理论，研究了阻力系数与损伤的声发射频率参数之间的关系，为应用声发射技术监测材料弹塑性变形过程奠定了物理基础；3) 为监测钢结构的受载状态，并在材料进入屈服阶段前发出预警，研究建立了基于声发射技术的16Mn钢静载拉伸损伤程度转变的非线性模型，即根据尖点突变理论建立了16Mn钢静载拉伸情况下的声发射参数的突变模型，并依据本文提出的两级复检模型(临界突变量的变化和声发射累积参数拟合曲线导数的变化)进行复检，可在连续监测的情况下，当试样的应力达到屈服强度的85%左右时，就可判断出16Mn钢损伤的突变，为应用声发射技术实时监测材料静载损伤程度的突变判断提供了方法支持；4) 针对疲劳这一主要失效模型，研究了16Mn钢疲劳过程中的声发射信号的演化规律，进行了16Mn钢疲劳裂纹的扩展规律、微观机理与声发射信号的相关性分析，并根据本文试验的特点(裂纹扩展后期，韧带宽度过小)，将由声发射参数表示的裂纹行为分为：裂纹萌生阶段、疲劳裂纹稳定扩展阶段和快速扩展阶段；然后根据分形理论，建立了基于声发射参数的疲劳损伤的分形预测模型，从而判断和预测以上裂纹行为的三个阶段。然后，对疲劳裂纹稳定扩展阶段进行了细化分析，根据log(dE/dn)与log(da/dn) 关系图的分布特征，把疲劳裂纹稳定扩展阶段细分为裂纹稳定扩展(a)阶段和裂纹稳定扩展(b)阶段，并针对裂纹稳定扩展(b)阶段，建立了引入随机变量后的用声发射参数表征的疲劳裂纹扩展速率模型，以及疲劳裂纹扩展速率的分层预测模型，实现了根据当前试验条件下声发射试验数据，预测实际工况下的疲劳裂纹扩展速率，该研究为疲劳载荷下16Mn钢损伤状态的声发射监测奠定了理论和技术基础。