發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 12:48

　　 近年來(lái),復(fù)合材料層合板憑借其高強(qiáng)度、高剛度以及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、抗疲勞性等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。而結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)(SHM),尤其是具有在薄板結(jié)構(gòu)中可以長(zhǎng)距離傳播、損傷敏感度高以及實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)的Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù),得到了全世界學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注與研究。但復(fù)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(fù)雜,進(jìn)而影響到損傷位置的監(jiān)測(cè)。本文主要研究了有限元仿真結(jié)構(gòu)檢測(cè)中COMBIN14緩沖器非反射吸波邊界下Lamb波在復(fù)合材料中的傳播特性,在此基礎(chǔ)上引入公共外切圓對(duì)橢圓定位法進(jìn)行改進(jìn),并進(jìn)行了仿真及實(shí)驗(yàn)研究。首先,介紹了Lamb波在復(fù)合材料中的傳播特性;對(duì)吸波邊界相關(guān)理論展開(kāi)研究,發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)非反射吸波邊界并不能對(duì)Lamb波進(jìn)行有效的吸收,引入了COMBIN14緩沖器單元,從而改進(jìn)了非反射吸波邊界的設(shè)置。研究了吸波邊界長(zhǎng)度、COMBIN14單元方向、激勵(lì)信號(hào)中心頻率等參數(shù)對(duì)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(xiě)APDL代碼,建立了包含復(fù)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(shí)現(xiàn)在復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)中激勵(lì)Lamb波以及無(wú)邊界反射的響應(yīng)信號(hào)接收。根據(jù)Lamb波傳播特性對(duì)橢圓定位法進(jìn)行了改良,提出了公共外切圓定位法,并進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了其相較于六交點(diǎn)擬合定位法對(duì)損傷定位及損傷程度監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性。最后,基于圖形化編程軟件LABVIEW及NI PXIe-1062Q集成機(jī)箱等硬件設(shè)備搭建復(fù)合材料損傷監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。研究了不同直徑損傷圓孔及不同監(jiān)測(cè)區(qū)域大小對(duì)Lamb波公共外切圓橢圓定位法損傷定位及損傷程度估計(jì)的影響,同時(shí)對(duì)這種方法實(shí)施的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(dāng)板厚與激勵(lì)波長(zhǎng)處于相級(jí)時(shí)，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(yīng)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(dāng)在板的某一點(diǎn)超聲波，由于板存在邊界，無(wú)法做到橫波及縱波分別以各自特征速度傳播生波耦合，當(dāng)超聲波傳播到板的上、下界面時(shí)，會(huì)發(fā)生波形轉(zhuǎn)換及耦合，定距離之后會(huì)疊加而產(chǎn)生“波包”，即模態(tài)，而在傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不同，各個(gè)模態(tài)的疊加效果即為 Lamb 波。 根據(jù)薄板內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移的相位Lamb 波的模態(tài)被分為對(duì)稱型和反對(duì)稱型。對(duì)稱模態(tài)是指 Lamb 波在傳播，其質(zhì)點(diǎn)在板中的振動(dòng)位移方向與板的中心面相互對(duì)稱，即質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)矢分解為相同的水平分量和相反的垂直分量；而反對(duì)稱模態(tài)則指在波的傳中質(zhì)點(diǎn)在板中的振動(dòng)位移方向與板的中心面反對(duì)稱，即質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)矢量的量振動(dòng)方向相反，垂直分量的振動(dòng)方向相同。對(duì)稱模態(tài)和反對(duì)稱模態(tài)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)示意圖如圖 2.1 所示：

率和板厚乘積的函數(shù)，對(duì)稱模態(tài)的方程能得出無(wú)2……Sn[46]。模態(tài)狀結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)，反對(duì)稱模態(tài)的波動(dòng)方程為: (√ ) (√ )= √ √ ( ) 個(gè)參數(shù)所代表含義和式（2.1）各參數(shù)相同，與對(duì)程也有無(wú)窮多個(gè)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(jìn)行傳播時(shí)，因發(fā)生偏移、群速度與相速度不一致等問(wèn)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(chǔ)。本小節(jié)介紹了目前公認(rèn)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(duì)稱傳播方向，因此有|( ) ( ) ( )| = (，參數(shù) 、 、 可由聲波張量表達(dá)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(fù)鋪層角度之后就可計(jì)算出相速度頻散曲線。基于上述復(fù)合材料板中 Lamb 波傳播理論進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到相速度頻合材料板厚度為 3.5mm，共 24 層，鋪層順序?yàn)閇45°/0°/-45°/90°3 為 0 度方向上的相速度頻散曲線。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2807596