本文關(guān)鍵詞：基于壓電阻抗技術(shù)的層合板損傷檢測數(shù)值分析和實驗研究

  更多相關(guān)文章： 復(fù)合材料 損傷檢測 壓電阻抗 機械阻抗 有限元法 互相關(guān)系數(shù)

【摘要】：復(fù)合材料因其優(yōu)良特性,如較高的比強度和比剛度以及良好的熱穩(wěn)定性、抗疲勞性和耐腐蝕性,在航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在其成型以及使用過程中,由于受到各種工藝和工作環(huán)境的影響,往往會產(chǎn)生諸多的缺陷和損傷,這將嚴(yán)重影響復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體性能。鑒于此種情況,復(fù)合材料損傷檢測技術(shù)已成為復(fù)合材料技術(shù)研究的重要方向。本文主要針對壓電阻抗技術(shù)在復(fù)合材料層合板損傷檢測方面的應(yīng)用進行了研究。首先,本文對復(fù)合材料力學(xué)知識和壓電阻抗技術(shù)進行了相關(guān)理論介紹和分析,得出了PZT-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)中PZT電阻抗與結(jié)構(gòu)機械阻抗之間的關(guān)系,分析了影響PZT耦合電導(dǎo)納的因素,為壓電阻抗技術(shù)進行結(jié)構(gòu)損傷檢測提供了理論依據(jù)。其次,利用有限元軟件ANSYS對基于壓電阻抗技術(shù)的復(fù)合材料層合板損傷檢測進行了數(shù)值分析。建立了層合板損傷檢測三維有限元模型,分別建立了雙壓電片檢測系統(tǒng)和三壓電片檢測系統(tǒng)模型,對不同損傷工況下各壓電片的電導(dǎo)曲線進行了對比,分析了結(jié)構(gòu)損傷對壓電片的影響,并結(jié)合互相關(guān)系數(shù)的損傷判定準(zhǔn)則對結(jié)構(gòu)損傷進行了判定和評估。通過有限元分析的方法從理論上驗證了壓電阻抗技術(shù)對復(fù)合材料層合板進行損傷檢測的有效性和可行性,為后續(xù)的實驗提供了重要的參考價值。最后,利用精密阻抗分析儀WK6500B對復(fù)合材料層合板進行了損傷檢測實驗研究。在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上,對含有不同位置和程度損傷的層合板進行了損傷檢測,通過對不同工況下電導(dǎo)曲線的對比和分析,驗證了實驗分析結(jié)論和數(shù)值分析結(jié)論具有一致性,也驗證了壓電阻抗法能夠成功檢測出復(fù)合材料層合板損傷的情況。同時,對層合板損傷進行定位分析與研究,驗證了采用分布式壓電片進行損傷檢測可以對結(jié)構(gòu)損傷進行初步定位。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 損傷檢測 壓電阻抗 機械阻抗 有限元法 互相關(guān)系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB302.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 壓電阻抗技術(shù)與傳統(tǒng)檢測技術(shù)的比較12-13
• 1.3 壓電阻抗技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 壓電阻抗技術(shù)的國外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 壓電阻抗技術(shù)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文的主要內(nèi)容17-19
• 2 基于壓電阻抗技術(shù)的復(fù)合材料損傷檢測的基本理論19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 復(fù)合材料力學(xué)理論19-24
• 2.2.1 各向異性材料的力學(xué)基本方程19-22
• 2.2.2 正交各向異性材料的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系22-24
• 2.3 壓電阻抗技術(shù)的基礎(chǔ)理論24-31
• 2.3.1 壓電效應(yīng)和壓電方程24-26
• 2.3.2 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)耦合電阻抗理論26-30
• 2.3.2.1 結(jié)構(gòu)的機械阻抗26-28
• 2.3.2.2 PZT-結(jié)構(gòu)系統(tǒng)耦合電阻抗28-30
• 2.3.3 損傷判定準(zhǔn)則30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 3 基于壓電阻抗技術(shù)的層合板損傷檢測的數(shù)值分析32-57
• 3.1 有限元軟件ANSYS的概述32-33
• 3.2 ANSYS中的壓電分析33-38
• 3.2.1 壓電本構(gòu)關(guān)系的有限元模型33
• 3.2.2 壓電材料的ANSYS建模33-36
• 3.2.2.1 壓電單元的選擇33-34
• 3.2.2.2 ANSYS中壓電材料參數(shù)的分析34-36
• 3.2.3 壓電阻抗法ANSYS分析步驟36-38
• 3.3 層合板損傷檢測三維有限元分析38-56
• 3.3.1 雙壓電片檢測系統(tǒng)模型分析38-45
• 3.3.1.1 雙壓電片檢測系統(tǒng)幾何模型38-40
• 3.3.1.2 雙壓電片檢測系統(tǒng)有限元建模40-42
• 3.3.1.3 結(jié)果分析42-45
• 3.3.2 三壓電片檢測系統(tǒng)模型分析45-56
• 3.3.2.1 三壓電片檢測系統(tǒng)幾何模型45-46
• 3.3.2.2 三壓電片檢測系統(tǒng)有限元建模46-47
• 3.3.2.3 結(jié)果分析47-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 4 基于壓電阻抗技術(shù)的層合板損傷檢測的實驗研究57-75
• 4.1 實驗?zāi)康?/span>57
• 4.2 壓電阻抗法的實驗設(shè)備與材料57-58
• 4.3 實驗方案設(shè)計58-60
• 4.4 自由壓電片的測試60-61
• 4.5 雙壓電片檢測實驗分析61-65
• 4.6 三壓電片檢測實驗分析65-71
• 4.6.1 三壓電片檢測設(shè)置65-66
• 4.6.2 實驗結(jié)果分析66-71
• 4.6.2.1 不同損傷位置情況下結(jié)果分析66-69
• 4.6.2.2 不同損傷程度下結(jié)果分析69-71
• 4.7 層合板損傷定位研究71-73
• 4.8 本章小結(jié)73-75
• 5 總結(jié)與展望75-77
• 5.1 總結(jié)75-76
• 5.2 展望76-77
• 參考文獻77-81
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果81-82
• 致謝82

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