基于熱像法的壽命預(yù)測與疲勞分析.pdf

1、紅外熱像反映的是物體表面的溫度分布，而溫度是自然界中物體狀態(tài)最普適的參數(shù)之一。作為一種物體狀態(tài)的檢測手段，紅外熱像法具有無損、實(shí)時及非接觸的優(yōu)點(diǎn)，在科學(xué)研究中獲得了廣泛的應(yīng)用。疲勞熱像法作為熱像法最有希望的研究方向之一，在用于快速獲取金屬疲勞極限方面，更是引起了學(xué)術(shù)界及工業(yè)界的強(qiáng)烈興趣。 本文的研究首先從工程師們最感興趣的疲勞極限快測法開始，以固有耗散作為疲勞評估指標(biāo)，采用新興的鎖相熱像法快速獲取了低碳鋼的疲勞極限。而在工程設(shè)計(jì)

2、中，僅得到永久疲勞極限往往是不夠的，通常還需要材料或結(jié)構(gòu)的疲勞壽命曲線。在材料破壞能量容限的假設(shè)下，本文提出了定量熱像法的概念與方法，用于快速獲取金屬材料的疲勞壽命曲線。并在此基礎(chǔ)上，將該方法推廣至殘余壽命預(yù)測及非線性應(yīng)力分析等新領(lǐng)域，進(jìn)而建立了一套較系統(tǒng)的、定量的疲勞熱像評估方法。 由于在真實(shí)的工況下，疲勞往往發(fā)生在結(jié)構(gòu)件上，尤其是在結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力集中區(qū)。通常疲勞裂紋會首先出現(xiàn)在局部區(qū)域，經(jīng)緩慢擴(kuò)展，疲勞損傷逐漸累積，最終導(dǎo)致突

3、發(fā)性的疲勞破壞。因此，進(jìn)行基于局部疲勞損傷的熱像法研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先介紹了局部能量方法的熱力學(xué)模型，然后分別提出溫度標(biāo)準(zhǔn)差與應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)差兩種基于局部熱像法的疲勞評估指標(biāo)。試驗(yàn)表明，上述兩種評估指標(biāo)均對局部損傷極為敏感，對局部損傷特征及其演化過程具有很強(qiáng)的描述能力，有望用于在線服役結(jié)構(gòu)的疲勞評估與健康監(jiān)測中。 本文的研究以熱力學(xué)為視角，通過研究金屬疲勞的能量耗散特征，并在參照經(jīng)典疲勞理論與試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，初步建立了一