近年來,基于導(dǎo)波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)已成為工程界及學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)之一。通過實時監(jiān)測,結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)能夠提供可靠的損傷信息、預(yù)測損傷的產(chǎn)生和發(fā)展,并對工程結(jié)構(gòu)的健康性進(jìn)行實時評估。隨著制造工藝的發(fā)展,為了減輕重量,提高結(jié)構(gòu)性能,航天器中的典型結(jié)構(gòu)更多地采用了輕質(zhì)的復(fù)合材料及變厚度板結(jié)構(gòu)。因此,針對蜂窩板和變厚度板結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)波的傳播特性研究及基于導(dǎo)波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)研究已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)損傷檢測的當(dāng)務(wù)之急。本文首先綜述了基于導(dǎo)波技術(shù)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及針對導(dǎo)波技術(shù)的理論分析方法,總結(jié)了導(dǎo)波與不同形式的損傷的作用效果及壓電晶片與結(jié)構(gòu)的耦合作用原理,介紹了導(dǎo)波信號處理技術(shù)和結(jié)構(gòu)損傷識別方法的研究成果及進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上,以變厚度板結(jié)構(gòu)和鋁制蜂窩板結(jié)構(gòu)作為研究對象,著重闡述了基于導(dǎo)波的的損傷識別技術(shù)在航天器典型結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,研究了導(dǎo)波在結(jié)構(gòu)中的傳播特性及上述兩種結(jié)構(gòu)中典型損傷的檢測方法。以Rayleigh-Lamb頻散方程為基礎(chǔ),本文系統(tǒng)闡述了薄板結(jié)構(gòu)中蘭姆波（Lamb wave）的基礎(chǔ)理論和頻散特性;采用數(shù)值仿真方法,建立了結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波傳播的有限元模型,分析了有限元理論中算法的穩(wěn)定... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

金屬蜂窩板在A2100AX衛(wèi)星中的應(yīng)用[1]

圖 1- 2 變厚度板：（a）制造工藝；（b）典型縱向斷面形狀[4]Fig. 1- 2 The plates with thickness transition: (a) the manufacturing process; (b) the typicallongitudinal section shapes結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（Structural Health Monitoring, SHM）借鑒了無損檢測的技術(shù)和方法，借助集成在結(jié)構(gòu)中的傳感系統(tǒng)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時的動態(tài)監(jiān)測，提供連續(xù)的結(jié)構(gòu)健康狀況信息，用以評估結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，預(yù)測失效發(fā)生的可能性，達(dá)到提前預(yù)報故障，避免災(zāi)難事故發(fā)生的目的[5]。。其中結(jié)構(gòu)的健康狀況信息包含（1）工作及環(huán)境載荷；（2）載荷引起的損傷；（3）損傷的發(fā)展；（4）結(jié)構(gòu)性能評估[6]。蜂窩夾芯板和變厚度板的制造工藝復(fù)雜，從毛坯到加工成型過中，極易產(chǎn)生制造缺陷。在外部因素（載荷、腐蝕及濕度變化）作用下，微小缺陷會不斷發(fā)展、聚合，形成宏觀破壞，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效。目前對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測已成為工程界亟待解決的重大問題。傳統(tǒng)的無損檢測方法主要包括目視檢測、滲透法、磁粉檢測、電渦流檢測、射線檢測、超聲波檢測法等。此外，聲發(fā)射、紅外熱成像、光彈法和全息照相等新型無損檢測技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生[7]。傳統(tǒng)無損檢測技術(shù)需要依賴外部檢測系統(tǒng)，檢

2 2tanphk q 22 22tantan 4qhk qph k pq 反對稱模式 (1中，k 為蘭姆波的波數(shù)，k=ω/cp；cp為蘭姆波的相速度；ω 為圓頻率，ω=2 22Tkc ，22 22Lq kc ;Tc 、Lc 分別為縱波和橫波波速。Rayleigh-Lam是一組超越方程，能夠描述蘭姆在板結(jié)構(gòu)中的傳播特性，包括多模式特性特性。蘭姆波在板結(jié)構(gòu)中的傳播可以分為對稱模式（Symmetric mode, ,1,2,3…）和反對稱模式（Anti-symmetricmode，Ai，i=0,1,2,3…）。其中模式又可以稱為壓縮波，體現(xiàn)了板內(nèi)粒子的位移相對于板的中性面對稱，位移為主，如圖 1- 3（a）所示；反對稱模式又可以稱為彎曲波，體現(xiàn)了子的位移相對于板的中心面反對稱，以離面位移為主，如所示圖 1-3（b） Rayleigh-Lamb 方程形式簡潔，但是只能用于分析少數(shù)各向同性的簡單結(jié)姆波的傳播特征。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的數(shù)字化敲擊檢測技術(shù)研究[J]. 詹紹正,寧寧,楊鵬飛,王丹.  航空制造技術(shù). 2018(03)
[2]缺陷對高溫合金蜂窩板彎曲力學(xué)性能的影響[J]. 王琦,童國權(quán),陳峰,馬振武,楊欽鑫.  航空制造技術(shù). 2017(Z1)
[3]變厚度板帶材產(chǎn)品及其深加工[J]. 劉相華,劉鑫,付書濤,劉立忠.  軋鋼. 2015(05)
[4]鋁蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的數(shù)字成像檢測研究[J]. 盧鵬,危荃,敖波,閔吉磊,吳劍劍,燕奕宏.  失效分析與預(yù)防. 2014(06)
[5]超聲導(dǎo)波有限元仿真中吸收邊界設(shè)置及參數(shù)[J]. 吳斌,張也弛,鄭陽,何存富.  北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2013(12)
[6]層壓板和蜂窩結(jié)構(gòu)粘接缺陷的超聲C掃描檢測[J]. 劉春秘,張素香,鄭維龍.  無損檢測. 2012(05)
[7]鋁蜂窩結(jié)構(gòu)的錯位散斑與超聲C掃描無損檢測方法對比研究[J]. 涂俊,鄔冠華,郭廣平.  硅谷. 2011(07)
[8]基于時間反轉(zhuǎn)理論的聚焦Lamb波結(jié)構(gòu)損傷成像[J]. 張海燕,孫修立,曹亞萍,陳先華,于建波.  物理學(xué)報. 2010(10)
[9]蜂窩紙板脫膠缺陷的檢測[J]. 計宏偉,邵文全,李硯明,王懷文.  包裝工程. 2009(02)
[10]基于時間反轉(zhuǎn)理論的結(jié)構(gòu)損傷圖像表征方法[J]. 王強(qiáng),袁慎芳,邱雷,孫亞杰.  儀器儀表學(xué)報. 2008(09)



本文編號：3576743