静载荷作用下的Lamb波传播特性研究

发布时间：2021-11-04 10:36

　　基于压电传感器和Lamb波的结构健康监测（SHM）技术是航空应用中的一个研究热点,但在航空服役环境中,多种随时间变化的因素会影响Lamb波的传播特性,造成Lamb波信号特征无法反映结构真实状态,直接影响损伤监测可靠性和稳定性。针对该问题,本文研究载荷这种典型的影响因素,从静载荷对Lamb波传播的影响机理、静载荷对Lamb波传播影响的实验规律分析、静载荷下Lamb波传播建模仿真方法三方面展开静载荷下Lamb波传播特性的研究,主要研究工作如下:（1）首先基于压电效应和Lamb波传播的基本原理,研究建立了静载荷作用下基于压电传感器的Lamb波激励、传播和传感模型,然后从理论上分析了静载荷对Lamb波波速和幅值的影响机理,包括由于载荷引起的声弹性效应导致波速的变化以及载荷引起的压电本构方程的非线性变化导致的Lamb波传播幅值的变化。（2）开展了静载荷作用下Lamb波传播特性的实验研究,从不同的Lamb波频率、结构厚度和载荷方向三个方面系统研究并总结了静载荷对Lamb波波速和幅值的影响规律,与上述静载荷对Lamb波传播特性的影响机理分析的结果基本吻合,并在此基础上建立了静载荷对主要压电常数影响的... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

主动的压电-Lamb波SHM系统示意图

局限于平行波传播方向的载荷，对其他方向上的载荷作用下的声弹性效应也进行了理论分析，引入超弹性材料即考虑载荷作用导致的结构应力-应变本构关系的微弱非线性变化，从而利用载荷作用下的非对称三阶刚度矩阵来计算Lamb波在铝板中各个方向传播的频散曲线，典型结果如图1.3所示。根据他们的研究：相速度随载荷变化时会受到频厚积的影响，当Lamb波传播方向与载荷方向相同时，Lamb波低阶相速度随载荷增大而成比例减小。由于应力引起的板结构的各向异性，相速度的变化也与载荷方向相关。但是具体的Lamb波频率、板厚和载荷方向对相速度随载荷变化的规律在他们的研究中没有给出。（a）A0模式中不同载荷大小对相速度影响 （b）S0模式中不同载荷大小对相速度影响

南京航空航天大学硕士学位论文波的传播方向与载荷方向相同，在铝试件上的典型结果如图1.4所示。可以看出，A0模式在低频情况下，飞行时间斜率为负，意味着A0模式的相速度是随载荷增大而变快的；高频A0和S0模式的相速度是随载荷增大而变慢的。在这项实验中他们的高频达到了500-800kHz，结合他们使用的铝板厚度，此时A0和S0已经发生混叠，所以他们关于A0和S0模式相速度的统计信息的准确性存在疑问。

【参考文献】：
期刊论文
[1]板中正交静应力与Lamb波波速关系探讨[J]. 王军,王寅观.  声学技术. 2008(03)
[2]金属薄板中Lamb波波速与静应力关系的理论研究[J]. 王军,王寅观.  声学学报. 2006(06)



本文编号：3475560