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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

王欣学  
【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。


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