带缺陷蜂窝夹层结构的力学性能实验研究

发布时间：2017-08-12 00:19

  本文关键词：带缺陷蜂窝夹层结构的力学性能实验研究

  更多相关文章： 蜂窝夹层结构 薄板结构 振动测量 振幅波动电子散斑干涉技术 模态跃迁

【摘要】：随着航空航天、汽车制造等技术的迅猛发展,蜂窝夹层结构轻质高强、减震、抗冲击等诸多显著优势,使其越来越受设计者的关注。但是蜂窝夹层结构在加工和使用过程中会形成各类缺陷,这势必会影响结构的力学性能,所以,对带缺陷蜂窝夹层结构的力学性能进行实验研究具有十分重要的学术意义和工程应用价值。振幅波动电子散斑干涉技术(amplitude-fluctuation electronic speckle pattern interferometry, AF-ESPI)是一种非接触、高灵敏度、全视场、实时的光学测量技术,利用该技术测量结构在振动时的变形是近年来的研究热点之一。本文针对无缺陷和带不同类型缺陷的蜂窝夹层结构进行实验研究,主要内容如下：(一)首先从理论上推导了振幅波动电子散斑干涉技术(AF-ESPI)的测量原理,搭建了AF-ESPI实验测量系统。同时,根据第一类零阶Bessel函数特性,给出了反映结构共振模态的散斑条纹图位移等值线的计算方法。(二)通过无缺陷薄板试样的实验测量结果与有限元模拟结果进行对比,验证了AF-ESPI实验方法的准确性和可靠性。在此基础上,利用AF-ESPI实验系统对带边裂缝矩形悬臂薄板结构进行振动特性测量实验,研究裂缝参数(裂缝长度和裂缝分布位置)对其振动特性的影响。实验结果表明共振频率对裂缝参数较为敏感；整体振型对此不太敏感,但在裂缝附近会出现局部畸变。同时,还研究了裂缝上下表面离面位移值与Ⅲ类应力强度因子的关系。(三)利用AF-ESPI实验系统对结构完整和含不同类型损伤缺陷的蜂窝夹层板结构进行振动特性测量分析。其中,损伤类型包括冲击破坏、三点弯受压破坏以及由冲击和三点弯压作用引起的双重破坏。进一步总结了缺陷类型与振动特性之间存在如下关系：共振频率对缺陷的敏感程度较高；振型对此的敏感度较低,仅裂缝附近的位移响应会出现畸变或突变；当结构物理参数如质量矩阵和刚度矩阵发生变化时,结构会出现模态跃迁现象。最后,利用数学矩阵摄动理论分析了实验中出现的模态跃迁现象,阐述了此类现象的发生条件。
【关键词】：蜂窝夹层结构 薄板结构 振动测量 振幅波动电子散斑干涉技术 模态跃迁
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.4;TB301
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-12
• 1.2 带缺陷蜂窝夹层结构的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 缺陷分类12
• 1.2.2 带缺陷蜂窝夹层结构的力学性能的研究进展12-15
• 1.3 电子散斑干涉技术在振动特性测量方面的研究现状15-17
• 1.3.1 电子散斑干涉技术的定义15
• 1.3.2 电子散斑干涉技术在振动特性测量方面的研究现状15-17
• 1.4 本文的研究内容17-19
• 第二章 振幅波动电子散斑干涉离面振动测量19-28
• 2.1 电子散斑干涉变形测量的基本原理19-23
• 2.1.1 电子散斑干涉离面位移的测量19-20
• 2.1.2 时间平均法电子散斑干涉技术振动测量20-21
• 2.1.3 图像相减模式21
• 2.1.4 振幅波动电子散斑干涉技术振动测量21-23
• 2.2 散斑条纹图位移等值线的计算方法23-25
• 2.3 振动实验光学系统的设计25
• 2.3.1 实验设备25
• 2.3.2 实验光路图25
• 2.4 振动实验过程与实验结果采集25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 带缺陷悬臂矩形薄板的模态测量与分析28-52
• 3.1 实验系统和铝板尺寸参数28-29
• 3.2 无缺陷铝板实验与有限元模拟分析结果的对比29-31
• 3.3 带缺陷铝板结构的数值模拟31-33
• 3.3.1 裂缝长度变化对模态的影响32
• 3.3.2 裂缝位置变化对模态的影响32-33
• 3.4 缺陷对薄板结构的离面振动特性的影响33-46
• 3.4.1 裂缝长度变化对模态的影响33-39
• 3.4.2 裂缝位置变化对模态的影响39-46
• 3.5 应力强度因子46-49
• 3.6 薄板结构裂缝的识别方法49-51
• 3.6.1 基于共振频率的识别方法49-50
• 3.6.2 基于振型和节线变化的识别方法50-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第四章 带缺陷蜂窝夹层结构的模态测量与分析52-73
• 4.1 蜂窝夹层结构的尺寸参数52-54
• 4.2 面层厚度变化对模态的影响54-57
• 4.2.1 实验结果54-56
• 4.2.2 实验分析56-57
• 4.3 三点弯破坏和双重破坏对模态的影响57-61
• 4.3.1 实验结果57-60
• 4.3.2 实验分析60-61
• 4.4 冲击破坏对模态的影响61-67
• 4.4.1 实验结果62-65
• 4.4.2 实验分析65-67
• 4.5 振动模态跃迁现象与分析67-72
• 4.5.1 振动模态跃迁现象67-70
• 4.5.2 振动模态跃迁的机理分析70-71
• 4.5.3 振动模态跃迁对结构分析的影响71-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 论文主要工作73-74
• 5.2 未来工作展望74-75
• 参考文献75-79
• 作者简介79-80
• 致谢80

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本文编号：658907