【摘要】：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的優(yōu)良特性有很多,如較高的比強(qiáng)度、比剛度,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)域有廣泛的應(yīng)用。碳纖維樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在成型以及服役過(guò)程中,受到各種因素影響,會(huì)產(chǎn)生初始缺陷和損傷,若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理,將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體性能。同時(shí),越來(lái)越多的補(bǔ)片結(jié)構(gòu)在各種產(chǎn)品上服役,其也容易發(fā)生損傷和在發(fā)生損傷之后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會(huì)有較大程度上的降低。本文主要研究含圓孔的復(fù)合材料補(bǔ)片修補(bǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)Lamb波傳播的影響。首先:對(duì)Lamb波進(jìn)行了相關(guān)理論介紹和分析,求解了鋁板的頻散方程,同時(shí)繪制鋁板的頻散曲線。對(duì)壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)的壓電方程予以介紹,并分析了不同形狀及極化方向的壓電陶瓷換能器的振動(dòng)特性。其次,利用通用有限元軟件ANSYS編寫APDL代碼,建立了包含鋁板、層合板補(bǔ)片、膠層和鋯鈦酸鉛壓電陶瓷換能器(PZT)的壓電和逆壓電效應(yīng)的模型,實(shí)現(xiàn)在鋁板結(jié)構(gòu)中激勵(lì)Lamb波和接收Lamb波響應(yīng)信號(hào),并以試驗(yàn)驗(yàn)證模型的正確性。對(duì)復(fù)合材料補(bǔ)片正面修補(bǔ)后的金屬損傷結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,研究不同補(bǔ)片尺寸及形狀修補(bǔ)2mm孔對(duì)Lamb波損傷檢測(cè)的影響。由圓形、方形、菱形補(bǔ)片的仿真模擬結(jié)果顯示,不同的形狀對(duì)A0和S0波形包絡(luò)的影響差異較大,不同尺寸的菱形補(bǔ)片也對(duì)A0和S0波形包絡(luò)有較大差異。再者,基于圖形化編譯平臺(tái)LABVIEW搭建半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)分析了含有不同直徑圓孔的鋁板和復(fù)合材料板的Lamb波傳播,分別得出了圓孔直徑對(duì)直達(dá)模式波形包絡(luò)的幅值影響。其中,復(fù)合材料板表面粘貼的壓電換能器距離有120mm和180mm兩種激勵(lì)接收方案。最后,經(jīng)過(guò)對(duì)比分析復(fù)合材料補(bǔ)片單、雙面修補(bǔ)后的含10mm直徑圓孔的鋁板和復(fù)合材料板的Lamb波各模式波包,得出了背面補(bǔ)片修補(bǔ)和正面補(bǔ)片修補(bǔ)兩種修補(bǔ)方式對(duì)Lamb波各模式波形包絡(luò)影響的差異,給實(shí)際的Lamb波檢測(cè)補(bǔ)片結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。
[Abstract]:Carbon fiber reinforced resin matrix composites have many excellent properties, such as high specific strength, specific stiffness, good thermal stability, fatigue resistance and corrosion resistance. The structure of carbon fiber resin matrix composites is affected by various factors in the process of molding and service, which will cause initial defects and damage. If not detected and treated in time, the overall performance of the structure system will be seriously affected. At the same time, more and more patch structures are in service in various products, which are prone to damage and the strength of the structure will be reduced to a large extent after the damage. In this paper, the effect of composite patch repair structure with circular holes on Lamb wave propagation is studied. Firstly, Lamb wave theory is introduced and analyzed, the dispersion equation of aluminum plate is solved, and the dispersion curve of aluminum plate is drawn. The piezoelectric equations of piezoelectric effect and inverse piezoelectric effect are introduced, and the vibration characteristics of piezoelectric ceramic transducers with different shapes and polarization directions are analyzed. Secondly, the APDL code is compiled by using the universal finite element software ANSYS, and the piezoelectric and inverse piezoelectric effects of the PZT including aluminum plate, laminated plate patch, rubber layer and lead zirconate titanate transducer (PZT) are established. Lamb wave and Lamb wave response signal are excited and received in aluminum plate structure, and the correctness of the model is verified by experiments. A numerical simulation of the metal damaged structure after repairing the facade of composite patch was carried out, and the effect of different patch sizes and shapes on the damage detection of Lamb wave was studied. The simulation results of round, square and diamond patch show that the different shapes have different effects on the envelope of A0 and S0 waveforms, and the different sizes of diamond patches also have great differences on the envelope of A0 and S0 waveforms. Furthermore, a semi-automatic experimental platform is built based on LabVIEW. Lamb wave propagation of aluminum plate and composite plate with different diameter circular holes is analyzed experimentally. The influence of circular hole diameter on the amplitude of direct mode wave envelope is obtained respectively. Among them, the distance of piezoelectric transducer pasted on the surface of composite plate has two exciting receiving schemes: 120mm and 180mm. Finally, the Lamb wave packets of the aluminum plate with 10mm diameter circular hole and the composite plate after the single and double surface repair are compared and analyzed. The difference between back patch repair and front patch repair on the envelope of Lamb wave waveforms is obtained, which provides a basis for the actual Lamb wave to detect the patch structure.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 法林,Jens　M.Hovem,董大群,陳文輝;薄球殼壓電換能器機(jī)電特性的數(shù)值模擬[J];石油儀器;2000年04期

2 陳耀英;縱向壓電換能器予應(yīng)力的選擇和控制[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);1987年04期

3 袁易全,殷慶瑞;3-3復(fù)合壓電換能器特性研究——(Ⅱ)在巖體中的聲特性[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);1990年04期

4 徐春龍;楊富社;胡卓蕊;;壓電換能器功率輸出自動(dòng)調(diào)節(jié)特征研究[J];西安科技大學(xué)學(xué)報(bào);2007年03期

5 袁易全,殷慶瑞;3-3連結(jié)復(fù)合壓電換能器特性研究—(Ⅰ)在水中聲學(xué)特性[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);1989年03期

6 沈建國(guó);黃曉;熊艷;;壓電換能器的粘接特性研究[J];石油儀器;2007年02期

7 聶建華;張廷全;沈建國(guó);;壓電換能器一致性篩選技術(shù)[J];石油儀器;2009年06期

8 劉婷;高椿明;;基于壓電換能器的新型超聲波助焊技術(shù)[J];壓電與聲光;2012年02期

9 馬雪花,蔣鑫元;壓電換能器導(dǎo)納圓圖的測(cè)定[J];天津科技大學(xué)學(xué)報(bào);2004年02期

10 齊海群;單小彪;謝濤;;超聲焊接壓電換能器的研制[J];焊接學(xué)報(bào);2009年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 林廣義;汪煒;董歧;劉正塤;;液體壓力激波壓電換能器的諧振特性研究[A];第十屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

2 鮑善惠;王艷東;;壓電換能器在并聯(lián)諧振頻率附近特性的研究[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)功率超聲分會(huì)2005年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 陳濤;王曉_g;章德;高懷;;壓電換能式超聲波霧化噴嘴的研究進(jìn)展[A];2010’中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2010年

4 咸壽榮;楊書玲;;超聲霧化壓電換能器生產(chǎn)工藝及其電極制作的新技術(shù)[A];94'全國(guó)結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、金屬/陶瓷封接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1994年

5 張?jiān)齐?余芳;;壓電換能器和超聲聚能器諧振頻率數(shù)控修正方法[A];第九屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

6 張?jiān)齐?余芳;;壓電換能器和超聲聚能器諧振頻率數(shù)控修正方法[A];第九屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

7 李建;韓慶邦;朱昌平;;壓電換能器的電阻抗匹配實(shí)驗(yàn)研究[A];中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2007年青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下）[C];2007年

8 張德俊;程建政;魏志剛;;單晶壓電換能器與純凈波技術(shù)[A];2005年全國(guó)超聲醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

9 張智;呂偉國(guó);崔志文;儲(chǔ)昭坦;;一種壓電換能器的共振特性研究[A];融合與創(chuàng)新：新世紀(jì)物理聲學(xué)的發(fā)展——二零一二年度全國(guó)物理聲學(xué)會(huì)議論文集[C];2012年

10 楊康;陳超;;超聲波/聲波鉆探器的動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 馬良　張瑞瑤;四院：打造樹脂基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)[N];中國(guó)航天報(bào);2011年

2 李迎霞;樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造技術(shù)中心成立[N];中國(guó)航天報(bào);2008年

3 記者 魏東 通訊員 曹元良;我國(guó)造出樹脂基復(fù)合材料環(huán)保紙[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

4 王方遒;哈飛集團(tuán)領(lǐng)軍攻關(guān)“大飛機(jī)”新材料[N];哈爾濱日?qǐng)?bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 田豐君;基于夾心式壓電換能器的超聲波近場(chǎng)聲懸浮支撐技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2010年

2 劉家郡;超聲懸浮/氣浮的混合懸浮及其行波驅(qū)動(dòng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2013年

3 張宏杰;熱超聲鍵合高頻換能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制[D];天津大學(xué);2012年

4 孫冠宏;碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料表面氧化鋁層制備及性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 王共冬;樹脂基復(fù)合材料計(jì)算機(jī)輔助成型工藝關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 紀(jì)志星;復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修補(bǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)波傳播的影響研究[D];鄭州大學(xué);2017年

2 王晨;基于有限元法的測(cè)井壓電換能器仿真及井孔和地層聲場(chǎng)模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 白如雪;基于聲光可調(diào)諧濾波器的部分仿真研究[D];中北大學(xué);2016年

4 陳君;基于新型結(jié)構(gòu)鈸式壓電換能器的加速度傳感器研究[D];江蘇大學(xué);2016年

5 劉菲;氣流致聲壓電發(fā)電機(jī)氣流激勵(lì)進(jìn)氣道數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)分析[D];南京理工大學(xué);2016年

6 黃斌;基于堆棧式壓電換能器的路面能量收集技術(shù)研究[D];交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院;2016年

7 梁松;夾心式壓電超聲換能器設(shè)計(jì)及其振動(dòng)性能研究[D];東北大學(xué);2011年

8 孔權(quán);壓電換能器自動(dòng)阻抗匹配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2009年

9 張利燕;基于光學(xué)應(yīng)用的壓電換能器的研究[D];電子科技大學(xué);2011年

10 符家和;兩端輻射雙頻壓電換能器的設(shè)計(jì)與研究[D];廣西大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：2121273