基于PZT与Lamb波法的薄板结构损伤定位研究

发布时间：2021-10-11 22:25

　　基于PZT和Lamb波法的检测技术能够实时在线的进行监测,在结构损伤的初期能及时发现问题,从而可以避免由结构失效带来的损失,因此具有重要的研究意义。本文以PZT特性和Lamb波理论为基础,以薄铝板为研究对象,利用Lamb波法主动监测技术对铝板中的损伤进行了定位研究,通过实验和仿真相结合进行了验证。本文的主要研究内容有以下几个方面:首先,介绍了弹性波、Lamb波的相关理论及传播特性,在此基础上推导出Lamb波的波动方程,然后对Lamb波波动方程进行变形,得到用于MATLAB编程的Lamb波波动方程并进行模拟求解,绘制出了Lamb波的频散曲线。然后,阐述了压电元件的类别及特性,确定了本次研究采用的PZT型号,利用ANSYS仿真软件对其进行模态分析,确定出Lamb波的最佳中心频率,并利用MATLAB软件对Lamb波的激励形式进行比较,最终完成Lamb波激励信号的参数选择。其次,利用ABAQUS对Lamb波在健康铝板和损伤铝板中的传播过程进行仿真模拟。对铝板损伤前后的仿真结果进行分析,实现铝板中损伤的定位,验证了利用椭圆法对铝板损伤定位的有限元模拟的可行性。然后在ABAQUS中建立不同的损伤模... 

【文章来源】：武汉工程大学湖北省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 结构健康监测技术
        1.2.1 传统检测技术
        1.2.2 当前检测技术
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国内研究现状
        1.3.2 国外研究现状
    1.4 论文的主要内容与安排
第2章 Lamb波基本理论及MATLAB仿真
    2.1 横波与纵波的波动方程
    2.2 Lamb波理论
        2.2.1 Lamb波概念和频散特性
        2.2.2 Lamb波波动方程的推导
        2.2.3 Lamb波频散曲线的MATLAB模拟
    2.3 本章小结
第3章 PZT模态分析及Lamb波激励信号参数选择
    3.1 压电元件
        3.1.1 压电元件的类别
        3.1.2 压电元件特性参数
    3.2 压电效应和压电方程
        3.2.1 压电效应
        3.2.2 压电方程
    3.3 PZT模态分析
        3.3.1 仿真过程
        3.3.2 结果分析
    3.4 Lamb波激励信号参数选择
        3.4.1 加窗函数
        3.4.2 中心频率
        3.4.3 波峰数
        3.4.4 幅值
    3.5 本章小结
第4章 基于ABAQUS的 Lamb波法损伤定位仿真分析
    4.1 基于ABAQUS仿真分析的基本过程
    4.2 Lamb波检测铝板损伤的模拟
        4.2.1 模型创建
        4.2.2 网格划分
        4.2.3 分析步设置
        4.2.4 Lamb波激励信号的加载
    4.3 铝板损伤定位的仿真结果及分析
    4.4 不同损伤模型的Lamb波传播能量的探讨
    4.5 本章小结
第5章 基于Lamb波法的结构损伤定位实验研究
    5.1 实验平台的构建
        5.1.1 硬件系统
        5.1.2 软件系统
        5.1.3 实验步骤
        5.1.4 实验试件模型
        5.1.5 实验平台
    5.2 损伤的椭圆定位原理
        5.2.1 时间延迟
        5.2.2 椭圆定位原理
    5.3 实验结果及分析
    5.4 实验结果与仿真结果的定位对比分析
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间已发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Lamb波频散特性的数值仿真研究[J]. 张燕,龚立娇.  压电与声光. 2014(05)
[2]Lamb波在对接焊缝中的传播特性及影响因素[J]. 吴斌,崔辰悦,张也弛,何存富.  应用基础与工程科学学报. 2014(04)
[3]Lamb波结合相控阵技术的结构损伤检测[J]. 张宇,余龙,闫云聚.  振动.测试与诊断. 2013(06)
[4]蓬勃发展的我国无损检测技术[J]. 耿荣生,景鹏.  机械工程学报. 2013(22)
[5]压电陶瓷微位移驱动器建模与控制[J]. 刘泊,郭建英,孙永全.  光学精密工程. 2013(06)
[6]复合材料无损检测中Lamb波的优化[J]. 李迎.  声学技术. 2011(03)
[7]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)
[8]利用Lamb波的薄板结构多点损伤识别试验[J]. 阎石,张海凤,蒙彦宇.  沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2010(04)
[9]Lamb波双面激励方法及其在近邻损伤监测中的应用[J]. 蔡建,袁慎芳,张逍越,王强.  南京航空航天大学学报. 2010(01)
[10]无铅压电陶瓷研究进展[J]. 赁敦敏,郑荞佶,伍晓春,徐成刚,毕剑,高道江.  四川师范大学学报(自然科学版). 2010(01)

博士论文
[1]基于Lamb波的航空复合材料板结构损伤识别技术方法研究[D]. 冯勇明.南京航空航天大学 2012
[2]Lamb波时间反转方法及其在结构健康监测中的应用研究[D]. 王强.南京航空航天大学 2009

硕士论文
[1]基于PZT的LAMB波法金属结构损伤识别研究[D]. 彭甜.武汉理工大学 2015
[2]基于Lamb波层析成像技术的结构裂纹监测与评估[D]. 胥静.南京邮电大学 2015
[3]钛酸钡基陶瓷的制备及掺杂改性研究[D]. 周舟.广东工业大学 2014
[4]Lamb波在板中缺陷检测的有限元模拟和实验研究[D]. 董彦磊.电子科技大学 2013
[5]基于Lamb波的结构损伤识别试验研究[D]. 张圣金.哈尔滨工业大学 2008
[6]Lamb波在结构中的传播特性研究[D]. 张恒萍.南京航空航天大学 2006
[7]基于Lamb波主动监测技术的复合材料结构损伤定位研究[D]. 徐颖娣.南京航空航天大学 2004



本文编号：3431351