基于压电晶片阵列的复合材料层合板损伤检测研究

发布时间：2017-09-11 22:22

  本文关键词：基于压电晶片阵列的复合材料层合板损伤检测研究

  更多相关文章： 结构健康监测 Lamb波 压电晶片阵列 复合材料层合板 损伤识别

【摘要】：结构健康监测技术是一个内容涉及材料、力学、测控以及信息通信等多学科综合交叉的前沿研究方向,至今国内外围绕该技术已经进行了近20年的研究。先进的复合材料由于比强度和比刚度高等特点,可以达到减轻飞机结构的质量和提高飞机结构性能的目的,在飞机结构上的应用越来越多,因此其结构的可靠性和安全性是需要考虑的问题。复合材料在制造和使用过程中,不可避免的会受到不同程度的损伤,尤其是冲击和疲劳造成的基体开裂、内部分层和纤维断裂损伤等,这些损伤的不断累积,会大大降低飞机的安全性能,如果不能够及时的发现结构中可能存在的损伤,那么有可能造成灾难性的后果,所以对复合材料进行损伤监测研究显得极其重要。基于Lamb波的结构健康监测技术对结构中的裂纹和分层等小损伤比较敏感,被认为是目前比较有效的结构在线损伤监测方法,已经成为一个国际研究热点,并且具有广阔的应用前景。本文对基于压电晶片阵列的复合材料层合板损伤检测进行了研究,为基于Lamb波的主动结构健康技术在实际工程中的应用提供了一定的理论和应用基础。首先,对Lamb波的基础理论进行了研究,探讨了Lamb波在结构中的传播特性。介绍了压电传感器产生激励信号的原理,推导了压电晶片传感器与复合材料层合板表面之间的作用关系,得到了传感器等效的仿真模型。并对复合材料层合板的损伤建模方法进行了介绍。接着,详细地介绍了一套Lamb波在复合材料层合板中传播的有限元仿真方法。分别对复合材料层合板在无损和有损的条件下Lamb波的传播进行了有限元模拟,得到了Lamb波在结构中的传播过程,给出了传感器阵列所接收到的位移响应信号。分别对复合材料层合板在不同损伤情况下进行了损伤识别的仿真计算。最后,对传感器接收到的位移响应信号进行了数据处理,判断了结构中损伤的存在,并通过典型频域法的快速傅立叶变换对信号进行了处理,进一步验证了损伤的存在,并对复合材料层合板在不同损伤情况下得到的结果进行了比较分析。
【关键词】：结构健康监测 Lamb波 压电晶片阵列 复合材料层合板 损伤识别
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V267.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 结构健康监测技术10-12
• 1.2.2 结构损伤识别技术12-13
• 1.2.3 基于Lamb波的主动监测技术13-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-18
• 第2章 LAMB波传播特性及建模方法研究18-38
• 2.1 引言18
• 2.2 LAMB波的基础理论18-30
• 2.2.1 Lamb波概述18-20
• 2.2.2 Lamb波在各向同性材料板中的传播特性20-26
• 2.2.3 Lamb波在复合材料板中的传播特性26-30
• 2.3 压电晶片传感器的建模方法30-36
• 2.4 复合材料层合板损伤建模方法36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 LAMB波在复合材料层合板中传播的仿真计算38-58
• 3.1 引言38-39
• 3.2 LAMB波在无损复合材料层合板中传播过程的仿真计算39-50
• 3.2.1 不考虑粘性界面层的仿真计算41-47
• 3.2.2 考虑粘性界面层的仿真计算47-50
• 3.3 LAMB波在有损复合材料层合板中传播过程的仿真计算50-57
• 3.3.1 不考虑粘性界面层的仿真计算50-52
• 3.3.2 考虑粘性界面层的仿真计算52-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第4章 复合材料层合板损伤识别分析58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 通过LAMB波的传播过程进行损伤识别58-59
• 4.3 通过位移响应信号进行损伤识别59-65
• 4.4 通过信号处理方法进行损伤识别65-69
• 4.5 损伤成像算法69-71
• 4.6 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-80
• 致谢80

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本文编号：833400