發(fā)布時(shí)間：2020-04-15 17:16

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步,對(duì)板狀結(jié)構(gòu)在不同工程領(lǐng)域中的應(yīng)用要求也越來(lái)越高,由于工程結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中受到荷載的長(zhǎng)期作用、高速和高溫作用以及環(huán)境腐蝕等因素的影響,易產(chǎn)生疲勞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低和損傷累積,其中板狀材料非常易發(fā)裂紋損傷。建立健全安全的預(yù)警系統(tǒng),及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警,能在裂紋發(fā)生的初始,采取應(yīng)對(duì)措施是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外工程界、學(xué)術(shù)界十分關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下。針對(duì)薄金屬板微裂紋損傷識(shí)別的問(wèn)題,利用PZT與薄金屬板耦合建立超聲Lamb波激勵(lì)/接收的有限元數(shù)值模型。模型選用PZT晶片粘貼于金屬板表面作為驅(qū)動(dòng)器和傳感器,驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生超聲導(dǎo)波在損傷結(jié)構(gòu)中傳播,傳感器接收損傷散射回波信號(hào)。分析傳播過(guò)程中能量衰減、反射、透射和模態(tài)轉(zhuǎn)換等變化特征,通過(guò)對(duì)接收的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分析和提取損傷特征,開(kāi)展結(jié)構(gòu)的微裂紋損傷識(shí)別研究,以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀況的有效監(jiān)測(cè)。通過(guò)數(shù)值模擬研究得到無(wú)損傷的金屬板和存在微小裂紋損傷的金屬板所接收到的Lamb波信號(hào),應(yīng)用小波包提取信號(hào)方法的時(shí)頻局部化特點(diǎn),提取分析各頻段信息。首先通過(guò)小波包分解方法,提取小波包樹(shù)底層各個(gè)節(jié)點(diǎn)的特征值;進(jìn)而得到導(dǎo)波信號(hào)能量譜;最后分析薄金屬板各裂紋損傷能量譜相較于無(wú)損薄金屬板能量譜的分布及其幅值變化,并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法總結(jié)規(guī)律。研究結(jié)果表明:在小波包分解結(jié)果的各節(jié)點(diǎn)能量譜變化值中,顯著節(jié)點(diǎn)能量譜變化值能表征損傷長(zhǎng)度,損傷長(zhǎng)度越大,顯著節(jié)點(diǎn)能量譜變化值越大;而顯著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的多少能表征損傷寬度,損傷寬度越大,顯著節(jié)點(diǎn)數(shù)量越多。所以,顯著節(jié)點(diǎn)能量譜變化值與模擬模型的幾何數(shù)據(jù)相結(jié)合,能夠定位損傷位置。薄金屬板微小裂紋邊界變化與裂紋損傷模型總能量譜變化值存在線性相關(guān)性,據(jù)此可對(duì)薄金屬板微裂紋損傷的損傷程度進(jìn)行預(yù)測(cè)與評(píng)估。基于數(shù)值模擬建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)將對(duì)工程實(shí)際的薄金屬板微裂紋損傷檢測(cè)提供有效檢測(cè)參考。
【圖文】：

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章 壓電薄金屬板結(jié)構(gòu)的多場(chǎng)分析板理論本概念途十分廣泛，研究者指出，板是一種在某一方向上的尺寸遠(yuǎn)小于尺寸的結(jié)構(gòu)[4, 8]。根據(jù)板的厚與中面最小邊長(zhǎng)之比把板分為三類中面最小邊長(zhǎng)之比大于 1/5 的板；薄膜是板厚與中面最小邊長(zhǎng)之板；薄板是板厚與中面最小邊長(zhǎng)之比在 1/5 到 1/80 之間的板，板示。

圖 2.2 Lamb 波在薄板中傳播示意圖Fig.2.2 Lamb wave propagation in thin plates超聲導(dǎo)波在各向同性金屬板中傳播時(shí)的波動(dòng)方程可以表示為[4]（2.2.13）：22ijt uF （2.2.13）其中， 是應(yīng)力張量， 是材料密度，u是位移張量，F(xiàn) 是薄板單位體積內(nèi)的體力， 是梯度算符，在直角坐標(biāo)系中，Tx y z 。超聲導(dǎo)波傳入 PZT 后，由 PZT 與薄金屬板的力電耦合公式，將薄金屬板位移場(chǎng){ } { }Tiju u v w （公式 2.3.3）公式以及邊界條件（z=±h 為自由表面）帶入公式 2.2.13，，結(jié)合正逆壓電方程（公式 2.2.11 和公式 2.2.3），再利用哈密頓分
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG115.28

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2628787