基于曲率模态定量数值分析的损伤检测方法研究

论文摘要

随着复合材料结构在现代工业技术领域中的广泛应用，及时发展有效的适用于复合材料面内损伤的结构健康监测方法以提高材料、结构可靠性越来越受到人们的高度重视。国内外学者对此开展了大量研究。为研究基于曲率模态的复合材料损伤检测方法，分别采用试验和有限元分析的方法对含有不同长度分层损伤的复合材料梁进行静态和动态响应检测。含不同分层损伤尺寸的试验样本分别进行了纯弯曲、剪切、自由振动和不同频率下的受迫振动试验。振动状态下的位移和加速度分布采用多普勒激光扫描振动仪测得。有限元分析采用软件ABAQUS6.9.1进行，并将分析结果与试验结果进行了对比。由此得出样本件的曲率模态响应，从而可以确定损伤区域的位置、大小及相关物理参数。在试验和有限元数据的处理过程中分别探索了两种定量损伤检测方法，三阶导数法（3DD）和角频率法（AFM）,从而实现对损伤区域的探测。分析结果显示，三阶导数法能够较好地检测到面内分层损伤的位置和大小，并且在理论上能够确定损伤具体分布在哪一层。利用角频率法进行损伤检测更为准确和有效，该方法通过拟合样本动态响应曲线获得振动波的角频率，从而确定损伤区域的位置、大小及损伤区域的刚度变化。此外，角频率方法的建立并不仅仅局限于分层损伤，同样适用于其他面内损伤的检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究目的
• 1.3 国内外研究概况
• 1.3.1 基于模态反馈的损伤检测方法
• 1.3.2 基于频率反应及刚度变化的损伤检测方法
• 1.3.3 基于兰姆波的损伤检测方法
• 1.3.4 基于曲率的损伤检测方法
• 第二章 理论基础
• 2.1 含分层损伤的梁模型
• 2.2 振动梁理论
• 第三章 定量损伤分析方法
• 3.1 基本静力状态
• 3.1.1 纯弯曲
• 3.1.2 悬臂梁
• 3.2 匀质模型
• 3.3 纤维/环氧树脂梁
• 3.4 3DD 试验方法浅析
• 3.5 角频率法
• 第四章 有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 材料属性
• 4.3 有限元模型
• 4.4 边界条件
• 4.4.1 自由振动
• 4.4.2 受迫振动
• 4.5 有限元分析及结果
• 4.5.1 自由振动结果
• 4.5.2 受迫振动结果
• 1=0.75t 时工况'>4.5.3 t₁=0.75t 时工况
• 第五章 多普勒激光扫描振动试验
• 5.1 SLDV 简介
• 5.2 复合材料试件
• 5.3 试验程序
• 5.4 试验结果
• 第六章 数据处理
• 6.1 三阶导数法
• 6.1.1 有限元与试验数据比较
• 6.1.2 频率的影响
• 1=0.75t 工况'>6.1.3 t₁=0.75t 工况
• 6.1.4 可靠性分析
• 6.2 角频率法
• 6.2.1 有限元数据处理
• 6.2.2 有限元与试验数据比较
• 6.2.3 可靠性分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 三阶导数法
• 7.2 角频率法
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 论文英文副本