航天器典型结构中导波传播机理及损伤定位识别研究
发布时间：2022-01-08 14:45
近年来,基于导波的结构健康监测技术已成为工程界及学术界研究的重点之一。通过实时监测,结构健康监测技术能够提供可靠的损伤信息、预测损伤的产生和发展,并对工程结构的健康性进行实时评估。随着制造工艺的发展,为了减轻重量,提高结构性能,航天器中的典型结构更多地采用了轻质的复合材料及变厚度板结构。因此,针对蜂窝板和变厚度板结构中的导波的传播特性研究及基于导波的结构健康监测技术研究已经成为结构损伤检测的当务之急。本文首先综述了基于导波技术的结构健康监测研究的国内外研究现状以及针对导波技术的理论分析方法,总结了导波与不同形式的损伤的作用效果及压电晶片与结构的耦合作用原理,介绍了导波信号处理技术和结构损伤识别方法的研究成果及进展。在此基础上,以变厚度板结构和铝制蜂窝板结构作为研究对象,着重阐述了基于导波的的损伤识别技术在航天器典型结构中的应用,研究了导波在结构中的传播特性及上述两种结构中典型损伤的检测方法。以Rayleigh-Lamb频散方程为基础,本文系统阐述了薄板结构中兰姆波（Lamb wave）的基础理论和频散特性;采用数值仿真方法,建立了结构中导波传播的有限元模型,分析了有限元理论中算法的稳定...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属蜂窝板在A2100AX卫星中的应用[1]
图 1- 2 变厚度板：（a）制造工艺；（b）典型纵向断面形状[4]Fig. 1- 2 The plates with thickness transition: (a) the manufacturing process; (b) the typicallongitudinal section shapes结构健康监测（Structural Health Monitoring, SHM）借鉴了无损检测的技术和方法，借助集成在结构中的传感系统，对结构进行实时的动态监测，提供连续的结构健康状况信息，用以评估结构的工作状态，预测失效发生的可能性，达到提前预报故障，避免灾难事故发生的目的[5]。。其中结构的健康状况信息包含（1）工作及环境载荷；（2）载荷引起的损伤；（3）损伤的发展；（4）结构性能评估[6]。蜂窝夹芯板和变厚度板的制造工艺复杂，从毛坯到加工成型过中，极易产生制造缺陷。在外部因素（载荷、腐蚀及湿度变化）作用下，微小缺陷会不断发展、聚合，形成宏观破坏，最终可能导致结构的失效。目前对工程结构进行健康监测已成为工程界亟待解决的重大问题。传统的无损检测方法主要包括目视检测、渗透法、磁粉检测、电涡流检测、射线检测、超声波检测法等。此外，声发射、红外热成像、光弹法和全息照相等新型无损检测技术也应运而生[7]。传统无损检测技术需要依赖外部检测系统，检
2 2tanphk q 22 22tantan 4qhk qph k pq 反对称模式 (1中，k 为兰姆波的波数，k=ω/cp；cp为兰姆波的相速度；ω 为圆频率，ω=2 22Tkc ，22 22Lq kc ;Tc 、Lc 分别为纵波和横波波速。Rayleigh-Lam是一组超越方程，能够描述兰姆在板结构中的传播特性，包括多模式特性特性。兰姆波在板结构中的传播可以分为对称模式（Symmetric mode, ,1,2,3…）和反对称模式（Anti-symmetricmode，Ai，i=0,1,2,3…）。其中模式又可以称为压缩波，体现了板内粒子的位移相对于板的中性面对称，位移为主，如图 1- 3（a）所示；反对称模式又可以称为弯曲波，体现了子的位移相对于板的中心面反对称，以离面位移为主，如所示图 1-3（b） Rayleigh-Lamb 方程形式简洁，但是只能用于分析少数各向同性的简单结姆波的传播特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料夹芯结构的数字化敲击检测技术研究[J]. 詹绍正,宁宁,杨鹏飞,王丹. 航空制造技术. 2018(03)
[2]缺陷对高温合金蜂窝板弯曲力学性能的影响[J]. 王琦,童国权,陈峰,马振武,杨钦鑫. 航空制造技术. 2017(Z1)
[3]变厚度板带材产品及其深加工[J]. 刘相华,刘鑫,付书涛,刘立忠. 轧钢. 2015(05)
[4]铝蜂窝夹芯结构的数字成像检测研究[J]. 卢鹏,危荃,敖波,闵吉磊,吴剑剑,燕奕宏. 失效分析与预防. 2014(06)
[5]超声导波有限元仿真中吸收边界设置及参数[J]. 吴斌,张也弛,郑阳,何存富. 北京工业大学学报. 2013(12)
[6]层压板和蜂窝结构粘接缺陷的超声C扫描检测[J]. 刘春秘,张素香,郑维龙. 无损检测. 2012(05)
[7]铝蜂窝结构的错位散斑与超声C扫描无损检测方法对比研究[J]. 涂俊,邬冠华,郭广平. 硅谷. 2011(07)
[8]基于时间反转理论的聚焦Lamb波结构损伤成像[J]. 张海燕,孙修立,曹亚萍,陈先华,于建波. 物理学报. 2010(10)
[9]蜂窝纸板脱胶缺陷的检测[J]. 计宏伟,邵文全,李砚明,王怀文. 包装工程. 2009(02)
[10]基于时间反转理论的结构损伤图像表征方法[J]. 王强,袁慎芳,邱雷,孙亚杰. 仪器仪表学报. 2008(09)
本文编号：3576743
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属蜂窝板在A2100AX卫星中的应用[1]
图 1- 2 变厚度板：（a）制造工艺；（b）典型纵向断面形状[4]Fig. 1- 2 The plates with thickness transition: (a) the manufacturing process; (b) the typicallongitudinal section shapes结构健康监测（Structural Health Monitoring, SHM）借鉴了无损检测的技术和方法，借助集成在结构中的传感系统，对结构进行实时的动态监测，提供连续的结构健康状况信息，用以评估结构的工作状态，预测失效发生的可能性，达到提前预报故障，避免灾难事故发生的目的[5]。。其中结构的健康状况信息包含（1）工作及环境载荷；（2）载荷引起的损伤；（3）损伤的发展；（4）结构性能评估[6]。蜂窝夹芯板和变厚度板的制造工艺复杂，从毛坯到加工成型过中，极易产生制造缺陷。在外部因素（载荷、腐蚀及湿度变化）作用下，微小缺陷会不断发展、聚合，形成宏观破坏，最终可能导致结构的失效。目前对工程结构进行健康监测已成为工程界亟待解决的重大问题。传统的无损检测方法主要包括目视检测、渗透法、磁粉检测、电涡流检测、射线检测、超声波检测法等。此外，声发射、红外热成像、光弹法和全息照相等新型无损检测技术也应运而生[7]。传统无损检测技术需要依赖外部检测系统，检
2 2tanphk q 22 22tantan 4qhk qph k pq 反对称模式 (1中，k 为兰姆波的波数，k=ω/cp；cp为兰姆波的相速度；ω 为圆频率，ω=2 22Tkc ，22 22Lq kc ;Tc 、Lc 分别为纵波和横波波速。Rayleigh-Lam是一组超越方程，能够描述兰姆在板结构中的传播特性，包括多模式特性特性。兰姆波在板结构中的传播可以分为对称模式（Symmetric mode, ,1,2,3…）和反对称模式（Anti-symmetricmode，Ai，i=0,1,2,3…）。其中模式又可以称为压缩波，体现了板内粒子的位移相对于板的中性面对称，位移为主，如图 1- 3（a）所示；反对称模式又可以称为弯曲波，体现了子的位移相对于板的中心面反对称，以离面位移为主，如所示图 1-3（b） Rayleigh-Lamb 方程形式简洁，但是只能用于分析少数各向同性的简单结姆波的传播特征。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料夹芯结构的数字化敲击检测技术研究[J]. 詹绍正,宁宁,杨鹏飞,王丹. 航空制造技术. 2018(03)
[2]缺陷对高温合金蜂窝板弯曲力学性能的影响[J]. 王琦,童国权,陈峰,马振武,杨钦鑫. 航空制造技术. 2017(Z1)
[3]变厚度板带材产品及其深加工[J]. 刘相华,刘鑫,付书涛,刘立忠. 轧钢. 2015(05)
[4]铝蜂窝夹芯结构的数字成像检测研究[J]. 卢鹏,危荃,敖波,闵吉磊,吴剑剑,燕奕宏. 失效分析与预防. 2014(06)
[5]超声导波有限元仿真中吸收边界设置及参数[J]. 吴斌,张也弛,郑阳,何存富. 北京工业大学学报. 2013(12)
[6]层压板和蜂窝结构粘接缺陷的超声C扫描检测[J]. 刘春秘,张素香,郑维龙. 无损检测. 2012(05)
[7]铝蜂窝结构的错位散斑与超声C扫描无损检测方法对比研究[J]. 涂俊,邬冠华,郭广平. 硅谷. 2011(07)
[8]基于时间反转理论的聚焦Lamb波结构损伤成像[J]. 张海燕,孙修立,曹亚萍,陈先华,于建波. 物理学报. 2010(10)
[9]蜂窝纸板脱胶缺陷的检测[J]. 计宏伟,邵文全,李砚明,王怀文. 包装工程. 2009(02)
[10]基于时间反转理论的结构损伤图像表征方法[J]. 王强,袁慎芳,邱雷,孙亚杰. 仪器仪表学报. 2008(09)
本文编号：3576743
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