海洋环境下结构焊接点多轴疲劳损伤演化机理及演化律

相比随机风载为主要成分的陆上环境，海洋环境包含多种随机载荷，其中的焊接结构呈多轴疲劳特性，损伤会在不同方向、不同平面内形成，疲劳损伤演化机理更加复杂，仍未形成统一理论。首次将功率流理论和随机函数空间展开理论引入结构焊接点的多轴疲劳损伤演化机理研究，利用响应概率密度函数描述海洋环境载荷功率流瞬态演化过程，提出焊接点功率流衰减形成能量汇聚致使晶格界面原子动能增加逃逸造成不可湮灭原子空穴的疲劳损伤演化机理，通过功率流和能量汇聚模型将海洋环境载荷与材料内部微观组织变化联系起来，从而建立具有明确物理概念和理论依据的疲劳损伤演化律；并采用数值计算、多轴疲劳实验和基于多传感器信息融合的检测技术，通过分析结构焊接点的温度场、应力场、功率流衰减率和裂纹微观组织等的变化规律，验证学术构思，修正理论模型，最终形成海洋环境下结构多轴疲劳损伤理论的雏形，为海洋装备和结构的选型、动力优化设计、损伤评估奠定理论基础。

疲劳损伤是海洋结构物失效的主要形式，焊接管节点是海洋结构物的薄弱环节，焊接缺陷会导致疲劳裂纹萌生、扩展，最终造成海洋结构物坍塌灾难。由于海洋环境的复杂性、载荷的随机性和多向性，海洋结构物损伤呈现多轴疲劳现象，至今没有形成海洋结构物疲劳损伤的系统理论体系。本项目围绕海洋结构物疲劳失效问题，从裂纹萌生和扩展的微观机理、缺陷焊接管节点处能量传递的功率流特征、海洋环境载荷激励下裂纹萌生与扩展过程中伴随的多种信息特征三个层面，采用微观和宏观相结合，理论研究、仿真分析和试验相结合的方法，开展了系统深入的研究，揭示了环境载荷激励下缺焊接陷处能量流分布与传播规律、疲劳裂纹萌生与演化的微观机制，构建了焊接缺陷点处的功率流能量累积模型及其内部原子逃逸动能方程，提出了模拟海洋环境载荷的多轴疲劳实验方法，研制了可模拟海洋环境载荷的多轴疲劳实验装置，为验证材料疲劳裂纹萌生和扩展过程中的能量模型，基于红外线热像仪、应力应变仪、加速度传感器和声发射传感器，研制了材料疲劳综合实验装置，给出了基于多传感器信息融合的疲劳裂纹萌生与扩展在线监测方法，取得了一系列有特色的创新性成果。研究成果进一步丰富了疲劳损伤理论，为工程应用奠定了理论基础。