發(fā)布時間：2020-05-05 12:44

【摘要】：近些年來,蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)因其高比強(qiáng)度、高比剛度和高能量吸收能力被廣泛地應(yīng)用于列車、航海及航空航天等領(lǐng)域。由于制造工藝、反復(fù)或過度加載、老化等原因,經(jīng)常會導(dǎo)致蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)中蒙皮與蜂窩芯之間產(chǎn)生脫粘損傷,這將危及結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。為了避免事故發(fā)生,及時發(fā)現(xiàn)并定位蜂窩夾層結(jié)構(gòu)中的脫粘損傷是十分必要的。導(dǎo)波具有傳播距離長、覆蓋范圍廣、可以對結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)的變化或損傷做出迅速響應(yīng)等特點(diǎn),因此導(dǎo)波被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的損傷檢測以及健康監(jiān)測中。導(dǎo)波具有多模態(tài)和頻散特性,這增加了導(dǎo)波信號識別和處理的難度。因此,研究導(dǎo)波在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)中的傳播規(guī)律不僅具有一定的學(xué)術(shù)意義,這對將導(dǎo)波有效應(yīng)用于板狀以及蜂窩結(jié)構(gòu)的損傷檢測還具備較大的應(yīng)用價值。首先,本文通過單層板中導(dǎo)波的頻散方程介紹了導(dǎo)波的多模態(tài)和頻散特性,并利用二分法求解頻散方程,得到了導(dǎo)波的相速度與群速度頻散曲線。然后,針對蜂窩夾層板結(jié)構(gòu),建立了壓電元件的平面問題模型,給出了基于壓電元件的導(dǎo)波的激勵與接收方法,并利用三明治夾芯板理論對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化,利用有限元軟件COMSOL Multiphysics建立了蜂窩夾層板的簡化模型,結(jié)合有限元特征頻率法得到了蜂窩夾層板中導(dǎo)波的頻散曲線。在此基礎(chǔ)上,利用有限元軟件COMSOLMultiphysics建立了蜂窩夾層板的三維模型,分別模擬了導(dǎo)波在完整和含有脫粘損傷的結(jié)構(gòu)中的傳播過程,研究了脫粘損傷對導(dǎo)波傳播的影響規(guī)律。最后,進(jìn)行了蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)中蒙皮與蜂窩芯脫粘損傷檢測的實(shí)驗研究,利用損傷成像算法,實(shí)現(xiàn)了對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)脫粘損傷的損傷檢測和定位。本文的研究表明:(1)利用等效蜂窩夾層板模型,結(jié)合有限元特征頻率法可計算得到的導(dǎo)波的頻散曲線。在100kHz時,導(dǎo)波包含對稱模態(tài)S0、S1、S2和反對稱模態(tài)A0、A1,這與仿真和實(shí)驗結(jié)果一致。同時,利用該方法得到的導(dǎo)波各模態(tài)的群速度與實(shí)驗結(jié)果十分接近。因此,可以利用等效蜂窩夾層板模型簡化計算,求解導(dǎo)波的頻散曲線。(2)當(dāng)頻率較低時,導(dǎo)波沿整個蜂窩夾層板傳播;當(dāng)頻率較高時,導(dǎo)波具有“漏波”現(xiàn)象,導(dǎo)波集中在蜂窩夾層板的上層蒙皮傳播,并有少量能量向蜂窩芯和下層蒙皮中泄露。(3)相較于完好結(jié)構(gòu),含脫粘損傷的結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波A0模態(tài)的幅值會有一定程度的增加,而其他模態(tài)幅值均無明顯不同。導(dǎo)波中特定模態(tài)A0模態(tài)對脫粘損傷最為敏感,可作為脫粘損傷是否存在的判斷依據(jù),且A0模態(tài)幅值的增加程度隨脫粘尺寸的增大而增加。當(dāng)頻率較低時,導(dǎo)波的波長較長,不能對小面積脫粘損傷做出良好響應(yīng),(4)可利用基于壓電片激勵和接收的實(shí)驗系統(tǒng)和基于激光測振儀接收的實(shí)驗系統(tǒng)采集導(dǎo)波信號。結(jié)果表明,導(dǎo)波在完好和含脫粘損傷的蜂窩夾層板中傳播時,A0模態(tài)的幅值有較大的變化,A0模態(tài)對脫粘損傷最敏感。實(shí)驗驗證了等效蜂窩夾層板的群速度頻散曲線的有效性。利用基于信號差別系數(shù)(SDC)的損傷概率成像算法可定位和重構(gòu)脫粘損傷,定位結(jié)果較為精確。上述結(jié)果表明,導(dǎo)波中A0模態(tài)幅值的變化可用于蜂窩夾層結(jié)構(gòu)中脫粘損傷的檢測與定位,且結(jié)果較為準(zhǔn)確。導(dǎo)波檢測法具有廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

改善了船的靈活性和穩(wěn)定性；阿波羅載人飛船的三個艙全部采用了多層蜂窩夾層逡逑結(jié)構(gòu)。蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)由上下蒙皮及中間蜂窩芯（通常為正六邊形）經(jīng)過一定的逡逑連接工藝組合到一起，如圖１．１所示。蒙皮主要承受面內(nèi)和橫向荷載，中間蜂窩芯逡逑維持夾層板的厚度。蒙皮材料通常為復(fù)合材料或者輕質(zhì)合金，芯層材料為聚合物、逡逑鋁或復(fù)合材料。逡逑蒙皮逡逑膠層逡逑圖１．１蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｌ．ｌ邋Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ邋ｓａｎｄｗｉｃｈ邋ｐｌａｔｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑在重要的工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，由于蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的制造工藝、反復(fù)和過度加載或逡逑結(jié)構(gòu)老化等原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)損傷，這將影響整體結(jié)構(gòu)的完整性和安全性，一旦這些逡逑損傷不能夠被及時發(fā)現(xiàn)，將引發(fā)嚴(yán)重的安全事故［３，，４］。蒙皮與蜂窩芯之間的界面脫逡逑粘是其中最常見也是危害最嚴(yán)重的損傷之一，這類損傷比較隱蔽，有時蜂窩夾層逡逑板在損壞之前幾乎沒有任何先兆［５］。因此，對蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)的完整性評估和實(shí)時逡逑的健康監(jiān)測十分必要，這對及時作出決策來阻止結(jié)構(gòu)性能的退化和失效、X椉影插義稀鰣穩(wěn)�、綑n臀し延玫扔兄涼刂匾囊庖澹郟丁福蕁ｅ義隙雜誚峁顧鶘說奈匏鵂觳

本文編號：2650161