含压电传感器复合材料结构的扩展逐层方法研究
发布时间：2021-09-07 20:37
随着复合材料的广泛应用,作为飞机上最常见复合材料层合结构的分析与设计越来越受到研究者的重视。由于复合材料层合结构的损伤十分复杂,有些损伤可能无法直观地检测,因此采用无损检测技术对复合材料层合结构的内部损伤进行监测是十分必要的。压电材料是结构健康监测（Structural Health Monitoring,SHM）技术中最受欢迎的材料之一,有利于进行复合材料结构的损伤检测。首先,本文在扩展逐层法中引入电势自由度提出了压电扩展逐层方法。沿厚度方向的假设可以描述由分层引起的位移和电势的不连续。在平面位移场和电势场中,采用扩展有限元法（Extend Finite Element Method,XFEM）对横向裂纹进行建模。利用机电耦合变分原理推导了欧拉方程、边界条件和有限元公式,最后得出压电复合材料层合板的控制方程。然后,在压电扩展逐层方法基础上,结合扩展逐层方法建立了含压电传感器的复合材料层合板结构的静力学分析方法。利用扩展逐层方法将损伤后的复合材料层合板进行离散化,将表面位移自由度加入到复合材料层合板和压电传感器的控制方程中,并利用层合板与压电传感器界面的位移连续性和内力平衡条件推导得出...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含多层分层和横向裂纹的复合材料层合板位移假设模式
中国民航大学硕士学位论文192.4数值分析2.4.1无损伤的压电层合板利用无损伤压电传感器对所提出的压电扩展逐层方法进行了静态机电响应的验证。压电传感器的几何尺寸、边界条件和施加载荷如图2-2所示。边界条件CFFF表示右边被夹住，其它边是自由的（如图2-2（a）所示），而CFCF表示左右两边被夹住，其它两边是自由的（如图2-2（b）所示）。在压电复合材料层合板的上表面施加均匀的压力。为了验证所提出的方法，建立了三维弹性模型，并利用有限元计算软件ANSYS进行了求解。在三维弹性模型中，该压电复合材料层合板在厚度方向上均匀划分为4个数学层，铺层角度设为[0/0/0/0]。三维弹性模型采用实体单元类型为Solid5。材料属性为:弹性常数：38.035.0GPa1.21GPa6.22GPa2.53GPa61GPa61231312231312332211，，，，，，GGGEEE压电常数：2333115eee，，C/m8.154.5259.12介电常数：图2-2压电层合板的几何尺寸和边界条件。（a）CFFF；（b）CFCF。
中国民航大学硕士学位论文21uzyxuyzyxvzLxxzyLv0;;;;0;0;;;0;zyxwxwzyxwzyLwyzLx0;;;0;;;;;00，在所有外边界上。图2-3边界条件为CFFF时的压电板的位移和电势分布。（a）AMSYS；（b）XLWM图2-4边界条件为CFCF时的压电板的位移和电势分布。（a）ANSYS；（b）XLWM
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机结构健康监测系统数据处理及在线应用[J]. 方旭,薛景锋,宋昊,申雅峰,赵启迪. 计测技术. 2019(06)
[2]特种设备健康监测技术与应用研究[J]. 李娟,刘丽梅,陈树芳,薛庆,李观松. 信息技术与信息化. 2019(12)
[3]压电层合梁静动力学分析的高精度梁单元[J]. 田杰斌,石广玉. 应用力学学报. 2020(01)
[4]桥梁智能化健康监测研究现状分析[J]. 周岳,朱毅,李高堂,王焕新,乔升访. 广州建筑. 2019(04)
[5]压电纤维复合材料有限元模拟及其试验研究[J]. 黄丹丹,陈勇. 压电与声光. 2019(02)
[6]A refined finite element method for bending analysis of laminated plates integrated with piezoelectric fiber-reinforced composite actuators[J]. J.Rouzegar,A.Abbasi. Acta Mechanica Sinica. 2018(04)
[7]碳纤维树脂基复合材料点阵及其成型工艺研究进展[J]. 彭琛琛,岑思谨,陈晨,张斌,胡英成. 纤维复合材料. 2017(04)
[8]复合材料点阵结构及成型工艺研究进展[J]. 王亚梅,韩冰,史翔,贡智兵. 材料导报. 2015(S2)
[9]压电材料的K正则方程及其层合板的显式辛算法[J]. 卿光辉,王亚辉,李顶河. 工程力学. 2011(04)
[10]复合材料加筋层合板结构分层扩展分析[J]. 范学领,孙秦,菊池正纪. 固体火箭技术. 2010(05)
硕士论文
[1]桥梁健康监测系统在桥梁管养中的应用研究[D]. 陈文杰.战略支援部队信息工程大学 2020
本文编号：3390210
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含多层分层和横向裂纹的复合材料层合板位移假设模式
中国民航大学硕士学位论文192.4数值分析2.4.1无损伤的压电层合板利用无损伤压电传感器对所提出的压电扩展逐层方法进行了静态机电响应的验证。压电传感器的几何尺寸、边界条件和施加载荷如图2-2所示。边界条件CFFF表示右边被夹住，其它边是自由的（如图2-2（a）所示），而CFCF表示左右两边被夹住，其它两边是自由的（如图2-2（b）所示）。在压电复合材料层合板的上表面施加均匀的压力。为了验证所提出的方法，建立了三维弹性模型，并利用有限元计算软件ANSYS进行了求解。在三维弹性模型中，该压电复合材料层合板在厚度方向上均匀划分为4个数学层，铺层角度设为[0/0/0/0]。三维弹性模型采用实体单元类型为Solid5。材料属性为:弹性常数：38.035.0GPa1.21GPa6.22GPa2.53GPa61GPa61231312231312332211，，，，，，GGGEEE压电常数：2333115eee，，C/m8.154.5259.12介电常数：图2-2压电层合板的几何尺寸和边界条件。（a）CFFF；（b）CFCF。
中国民航大学硕士学位论文21uzyxuyzyxvzLxxzyLv0;;;;0;0;;;0;zyxwxwzyxwzyLwyzLx0;;;0;;;;;00，在所有外边界上。图2-3边界条件为CFFF时的压电板的位移和电势分布。（a）AMSYS；（b）XLWM图2-4边界条件为CFCF时的压电板的位移和电势分布。（a）ANSYS；（b）XLWM
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机结构健康监测系统数据处理及在线应用[J]. 方旭,薛景锋,宋昊,申雅峰,赵启迪. 计测技术. 2019(06)
[2]特种设备健康监测技术与应用研究[J]. 李娟,刘丽梅,陈树芳,薛庆,李观松. 信息技术与信息化. 2019(12)
[3]压电层合梁静动力学分析的高精度梁单元[J]. 田杰斌,石广玉. 应用力学学报. 2020(01)
[4]桥梁智能化健康监测研究现状分析[J]. 周岳,朱毅,李高堂,王焕新,乔升访. 广州建筑. 2019(04)
[5]压电纤维复合材料有限元模拟及其试验研究[J]. 黄丹丹,陈勇. 压电与声光. 2019(02)
[6]A refined finite element method for bending analysis of laminated plates integrated with piezoelectric fiber-reinforced composite actuators[J]. J.Rouzegar,A.Abbasi. Acta Mechanica Sinica. 2018(04)
[7]碳纤维树脂基复合材料点阵及其成型工艺研究进展[J]. 彭琛琛,岑思谨,陈晨,张斌,胡英成. 纤维复合材料. 2017(04)
[8]复合材料点阵结构及成型工艺研究进展[J]. 王亚梅,韩冰,史翔,贡智兵. 材料导报. 2015(S2)
[9]压电材料的K正则方程及其层合板的显式辛算法[J]. 卿光辉,王亚辉,李顶河. 工程力学. 2011(04)
[10]复合材料加筋层合板结构分层扩展分析[J]. 范学领,孙秦,菊池正纪. 固体火箭技术. 2010(05)
硕士论文
[1]桥梁健康监测系统在桥梁管养中的应用研究[D]. 陈文杰.战略支援部队信息工程大学 2020
本文编号：3390210
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3390210.html
