近年來,復合材料層合板憑借其高強度、高剛度以及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、抗疲勞性等特點,被廣泛應用于航空航天領域。而結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)(SHM),尤其是具有在薄板結(jié)構(gòu)中可以長距離傳播、損傷敏感度高以及實時性等特點的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù),得到了全世界學者的重點關注與研究。但復合材料的各向異性特性以及結(jié)構(gòu)邊界的存在使得Lamb波的傳播變得極為復雜,進而影響到損傷位置的監(jiān)測。本文主要研究了有限元仿真結(jié)構(gòu)檢測中COMBIN14緩沖器非反射吸波邊界下Lamb波在復合材料中的傳播特性,在此基礎上引入公共外切圓對橢圓定位法進行改進,并進行了仿真及實驗研究。首先,介紹了Lamb波在復合材料中的傳播特性;對吸波邊界相關理論展開研究,發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)非反射吸波邊界并不能對Lamb波進行有效的吸收,引入了COMBIN14緩沖器單元,從而改進了非反射吸波邊界的設置。研究了吸波邊界長度、COMBIN14單元方向、激勵信號中心頻率等參數(shù)對COMBIN14非反射吸波邊界吸波有效性的影響。之后,利用商用有限元軟件ANSYS編寫APDL代碼,建立了包含復合材料板、壓電換能器和COMBIN14緩沖器非反射吸波邊界的仿真模型,實現(xiàn)在復合材料板結(jié)構(gòu)中激勵Lamb波以及無邊界反射的響應信號接收。根據(jù)Lamb波傳播特性對橢圓定位法進行了改良,提出了公共外切圓定位法,并進行了數(shù)值模擬,研究了其相較于六交點擬合定位法對損傷定位及損傷程度監(jiān)測的優(yōu)越性。最后,基于圖形化編程軟件LABVIEW及NI PXIe-1062Q集成機箱等硬件設備搭建復合材料損傷監(jiān)測實驗平臺。研究了不同直徑損傷圓孔及不同監(jiān)測區(qū)域大小對Lamb波公共外切圓橢圓定位法損傷定位及損傷程度估計的影響,同時對這種方法實施的可行性進行了驗證。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

Lamb 波傳播基本理論Lamb 波是指在自由邊界固體薄板中的彈性波，當板厚與激勵波長處于相級時，薄板中的縱波和橫波發(fā)生耦合從而產(chǎn)生的一種特殊彈性應力波。其僅發(fā)生在波傳播的方向上，也發(fā)生在垂直于板的方向上。當在板的某一點超聲波，由于板存在邊界，無法做到橫波及縱波分別以各自特征速度傳播生波耦合，當超聲波傳播到板的上、下界面時，會發(fā)生波形轉(zhuǎn)換及耦合，定距離之后會疊加而產(chǎn)生“波包”，即模態(tài)，而在傳播過程中會產(chǎn)生不同，各個模態(tài)的疊加效果即為 Lamb 波。 根據(jù)薄板內(nèi)質(zhì)點振動位移的相位Lamb 波的模態(tài)被分為對稱型和反對稱型。對稱模態(tài)是指 Lamb 波在傳播，其質(zhì)點在板中的振動位移方向與板的中心面相互對稱，即質(zhì)點的振動矢分解為相同的水平分量和相反的垂直分量；而反對稱模態(tài)則指在波的傳中質(zhì)點在板中的振動位移方向與板的中心面反對稱，即質(zhì)點振動矢量的量振動方向相反，垂直分量的振動方向相同。對稱模態(tài)和反對稱模態(tài)質(zhì)點的振動示意圖如圖 2.1 所示：

率和板厚乘積的函數(shù)，對稱模態(tài)的方程能得出無2……Sn[46]。模態(tài)狀結(jié)構(gòu)中傳播時，反對稱模態(tài)的波動方程為: (√ ) (√ )= √ √ ( ) 個參數(shù)所代表含義和式（2.1）各參數(shù)相同，與對程也有無窮多個解，分別為 A0、A1、A2……中 Lamb 波的傳播理論材料特性是各向異性，波在其中進行傳播時，因發(fā)生偏移、群速度與相速度不一致等問題，使得困難很多倍。盡管研究者們已經(jīng)做了大量努力，的理論基礎。本小節(jié)介紹了目前公認的較為合

根據(jù)聲張量理論定義得 = = ，其中 為波前法向量的， = ， = ， = 。最終得( ) = (方程即為各向異性板的頻散方程。若要式（2.10）有非零解，則系數(shù)矩必須為零，即式 = ，其中參數(shù)取決于各向異性板的對稱傳播方向，因此有|( ) ( ) ( )| = (，參數(shù) 、 、 可由聲波張量表達式求得。將式 = 展到系數(shù)矩陣所有元素的值。在確定各向異性材料的彈性系數(shù)常量和復鋪層角度之后就可計算出相速度頻散曲線�；谏鲜鰪秃喜牧习逯� Lamb 波傳播理論進行數(shù)值計算，得到相速度頻合材料板厚度為 3.5mm，共 24 層，鋪層順序為[45°/0°/-45°/90°3 為 0 度方向上的相速度頻散曲線。

【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

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本文編號：2807596