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桅杆结构拉耳焊缝三维穿透裂纹扩展的模糊模式识别方法

作　者: 王欣学
导　师: 瞿伟廉
学　校: 武汉理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 桅杆结构三维穿透裂纹实体建模模糊模式识别
分类号: TU347
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 25次
引　用: 1次
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内容摘要

随着工业的迅速发展,钢铁等高强度材料被广泛应用于建筑行业,如钢结构房屋、桥梁、输电塔、桅杆等结构。但同时其应用中的新问题接踵而至。由于钢结构自重较轻,较一般结构相比高度跨度大,在风等交变荷载的作用下,易发生局部疲劳而导致结构的破坏。其局部疲劳的表现形式就是由于疲劳而产生的裂纹。在其他行业,如大型设备中的压力容器、钻井平台、石油管道和原子能反应堆结构都发生过断裂事故；又如发动机壳体和飞机起落架也发生过断裂事故。这些灾难性事故大多由表面裂纹扩展引起的。构件表面裂纹给生产和使用都带来极大的危害。因此,对结构和构件表面裂纹的萌生和扩展的研究就显得尤为的重要。桅杆结构是一种刚度较小的高柔度结构体系,由一根竖直杆身以及沿高度方向倾斜布置的若干纤绳组成,被广泛应用于通信、广播等数据传输服务,在国家经济发展中占有重要地位。桅杆结构的倒塌很多情况是由拉耳的疲劳所引起的,疲劳的发生有两个阶段,即裂纹的萌生与扩展,本文主要是介绍拉耳裂纹扩展的识别方法。本文介绍了桅杆结构拉耳焊缝三维穿透裂纹的有限元实体建模方法。裂纹体模型的传统建立方法主要是自下而上的逐节点直接建模方法,但此方法在建立过程中要准确的定义每个节点坐标,然后由点到线、由线到面然后由面成体,工作量之分巨大,非常复杂,且不易修改。本文在模型建立个过程中充分考虑了网格划分以及结果输出的需要,在裂纹周围建立一个隔离体,解决了裂纹参数化建模以及网格划分之间的矛盾,同时减少了结构模型单元数量,降低了计算时间。模糊模式识别方法的基本在于建立一个模糊模式库,通过定义隶属度函数将待识别模式与模式库模式进行比较,对待识别模式进行识别。对于所选取的模糊模式识别方法,建立一个有效的模糊模式库是一个十分重要的问题。定义了耳板表面不同节点在裂纹参数变化情况下的敏感程度,并选择最敏感的十个节点作为样本,建立不同裂纹工况条件下裂纹长度和耳板表面节点应力场之间的映射关系的模糊集合。最后以另外两个裂纹长度下的应力场情况作为待识别模式,对文中所提出的方法进行了验证,结果非常理想。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题研究的目的及意义  10-12
    1.2.1 桅杆结构概述  10-11
    1.2.2 课题研究的目的及意义  11-12
  1.3 与课题相关的国内外研究现状  12-19
    1.3.1 国内外结构智能健康监测及诊断发展现状  12-15
    1.3.2 结构智能健康监测中各智能方法的应用  15-16
    1.3.3 智能传感设施及方法的发展现状  16-19
      1.3.3.1 压电陶瓷检测  16-17
      1.3.3.2 漏磁检测法  17-18
      1.3.3.3 声发射检测  18-19
  1.4 本文主要工作  19-21
第2章模糊模式识别理论  21-30
  2.1 引言  21-22
  2.2 隶属度函数  22-23
  2.3 模糊集之间的度量  23-26
    2.3.1 模糊集之间的距离  23-25
    2.3.2 模糊集之间的贴近度  25-26
  2.4 模糊识别方法  26-29
    2.4.1 模糊模式识别的直接方法  26-28
    2.4.2 模糊模式识别的间接方法  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章疲劳及裂纹机理  30-39
  3.1 引言  30-31
  3.2 疲劳断裂理论  31-33
  3.3 裂纹理论  33-38
    3.3.1 裂纹的分类  33-36
    3.3.2 裂尖附近应力场  36-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章桅杆结构含裂纹拉耳节点子结构有限元模型建立  39-51
  4.1 引言  39
  4.2 ANSYS有限元实体建模  39-43
    4.2.1 实体模型构造  39-40
    4.2.2 有限元实体建模过程  40-43
  4.3 模型网格划分  43-48
  4.4 有限元模型结构计算  48-50
    4.4.1 荷载  48
    4.4.2 拉耳构造  48-49
    4.4.3 模型有限元计算过程  49
    4.4.4 计算结果  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章关键点的选取  51-58
  5.1 引言  51-52
  5.2 耳板表面节点提取  52-54
  5.3 耳板表面关键点选取  54-57
    5.3.1 关键点选取原则  54-55
    5.3.2 关键点选取结果  55-57
    5.3.3 关键点选择分析  57
  5.4 本章小结  57-58
第6章耳板焊接穿透裂纹参数的模糊模式识别  58-64
  6.1 引言  58
  6.2 本文所选模糊模式识别方法  58-59
  6.3 模糊模式识别过程  59-62
    6.3.1 应力场识别过程  59-60
    6.3.2 模糊模式识别结果  60-62
  6.4 本章小结  62-64
第7章结论与展望  64-67
  7.1 全文总结  64-65
  7.2 工作展望  65-67
参考文献  67-70
作者在攻读硕士学位期间发表的论文  70-71
致谢  71

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