基于超声Lamb波的复合材料结构损伤检测研究
发布时间：2021-02-07 12:17
复合材料结构在成型和服役过程中,受多种因素影响,会产生各种缺陷和损伤,如不及时发现和处理,将严重影响结构性能。超声Lamb波无损检测技术具有对损伤敏感、传播距离远、衰减小等优点,是目前复合材料结构健康监测的主要方法。但同时复合材料损伤扩展速度快、危害性大、监测困难,而复合材料相较于金属材料的各向异性特性、Lamb波传播过程中的多模态性和弥散特性也使得检测过程和结果更为复杂。本文在研究Lamb波传播原理的基础上,与概率损伤重构算法（RAPID）相结合,采用有效信号法和时间反转法分别对复合材料结构裂纹和圆孔损伤进行了研究,并对损伤大小、位置和形状进行检测和评估。研究内容如下:首先,对超声Lamb波传播理论和频散特性进行了分析,为了减小Lamb波传播过程中边界反射信号对测量信号的影响,通过添加阻尼递增的吸收层改善复合材料结构中传播的超声Lamb波边界反射波吸收效果;并针对吸收边界长度、阻尼系数最大值、幂指数等参数对吸收效果影响进行了研究,得到吸收边界参数的最优值。在此基础上建立了复合材料损伤检测模型,探究了吸收边界在复合材料损伤检测中的应用。其次,根据Lamb波在复合材料中的频散曲线分析了L...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维直角坐标系下粒子波动方式
复合材料结构损伤识别基础研究9图2.2三维直角坐标系下的各向异性层合板建立正交各向异性复合材料层合板的三维坐标系，其中纤维方向平行于轴1x，板厚度方向为2x方向，波在轴1x方向上传播，如图2.2。九个各向异性弹性矩阵常量11C、12C、13C、22C、23C、33C、44C、55C、66C可表示为如下矩阵形式，其中][ijijijiCCC，ijC为材料刚度，ijC为材料阻尼。665544332322131211000000000000][CCCCCCCCCCij（2.24）由牛顿定律得到各向异性板中粒子波动方程：ikikux（ki3,2,1,）（2.25）式中，为应力，为密度。由广义胡克定律推导出各向异性复合材料层合板本构方程：lmiklmikC（2.26）式中，C为层合板弹性模量，为应变。联立求解式（2.24）、（2.25）得：lmkiklmklmiklmiCxCu（2.27）由几何-位移关系得：)(21)(21,,lmmllmmllmuuxuxu（2.28）联立求解式（2.25）、（2.27）得波动方程：)(2122lkumkuiklmixxxxCuml（2.29）Lamb波自由传播时，质点位移矢量为：wtxkiA)](exp[jjii。由张量理
复合材料结构损伤识别基础研究10论得klmiklmuC,和mlkiklmukkC的关系，i为k、l、m之和。如果wtxkxkxkiwmuAeAe)]([332211，则WlmAeikxu1、W21212uAekkxxm。其中，mklklmuku,，imymluu，可得：0)(2mlkiklmimwukkC（2.30）由声张量理论得：lkiklmimimLnnC（2.31）其中，kn为波前法向量余弦，kkknk，llknk，222kwc。上式最终可以表示为：0)(2imimc（2.32）式（2.31）即为各向异性复合材料层合板的频散方程，若要该式有非零解，则02imimc，即：0)()()(233323123222211312211LcLLLLcLLLcL（2.33）式中ijL（ji3,2,1,）由波张量公式求得，确定各向异性复合材料层合板弹性常数模量和铺层角度可以求解复合材料中的频散曲线。基于上述理论计算得到铺层角度为s3]90/45/0/45[的复合材料层合板频散曲线，如图2.3所示。图2.3铺层角度为s3]90/45/0/45[的复合材料层合板频散曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进复合材料在航空航天领域的应用[J]. 蔡菊生. 合成材料老化与应用. 2018(06)
[2]蜂窝共固化结构高分辨率超声C扫描方法及应用[J]. 刘菲菲,刘松平,周正干,李乐刚,孟秋杰. 无损检测. 2018(08)
[3]吸波边界对Lamb波在复合材料中传播的影响研究[J]. 宋成杰,郑艳萍,纪志星,赵竹君. 玻璃钢/复合材料. 2017(08)
[4]结构裂纹损伤的Lamb波层析成像监测与评估研究[J]. 王强,胥静,王梦欣,宋春晓. 机械工程学报. 2016(06)
[5]基于Lamb波时间反转的复合材料结构损伤监测[J]. 冯勇明,周丽. 中国机械工程. 2011(20)
[6]基于虚拟时间反转的高分辨率复合材料板结构损伤成像[J]. 蔡建,石立华,袁慎芳. 复合材料学报. 2012(01)
[7]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)
[8]基于时间反转理论及压电阵列技术的损伤图像监测方法[J]. 王强,袁慎芳,邱雷,孙亚杰. 测控技术. 2008(02)
[9]碳纤维增强树脂基复合材料中激光脉冲能量对超声L波的影响[J]. 刘松平,刘菲菲,郭恩明,李乐刚,杜丽婷. 航空制造技术. 2007(11)
[10]激光超声检测碳纤维增强树脂基复合材料的缺陷评估技术研究[J]. 刘松平,郭恩明,刘菲菲,李乐刚,杜丽婷. 无损检测. 2007(07)
本文编号：3022214
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
二维直角坐标系下粒子波动方式
复合材料结构损伤识别基础研究9图2.2三维直角坐标系下的各向异性层合板建立正交各向异性复合材料层合板的三维坐标系，其中纤维方向平行于轴1x，板厚度方向为2x方向，波在轴1x方向上传播，如图2.2。九个各向异性弹性矩阵常量11C、12C、13C、22C、23C、33C、44C、55C、66C可表示为如下矩阵形式，其中][ijijijiCCC，ijC为材料刚度，ijC为材料阻尼。665544332322131211000000000000][CCCCCCCCCCij（2.24）由牛顿定律得到各向异性板中粒子波动方程：ikikux（ki3,2,1,）（2.25）式中，为应力，为密度。由广义胡克定律推导出各向异性复合材料层合板本构方程：lmiklmikC（2.26）式中，C为层合板弹性模量，为应变。联立求解式（2.24）、（2.25）得：lmkiklmklmiklmiCxCu（2.27）由几何-位移关系得：)(21)(21,,lmmllmmllmuuxuxu（2.28）联立求解式（2.25）、（2.27）得波动方程：)(2122lkumkuiklmixxxxCuml（2.29）Lamb波自由传播时，质点位移矢量为：wtxkiA)](exp[jjii。由张量理
复合材料结构损伤识别基础研究10论得klmiklmuC,和mlkiklmukkC的关系，i为k、l、m之和。如果wtxkxkxkiwmuAeAe)]([332211，则WlmAeikxu1、W21212uAekkxxm。其中，mklklmuku,，imymluu，可得：0)(2mlkiklmimwukkC（2.30）由声张量理论得：lkiklmimimLnnC（2.31）其中，kn为波前法向量余弦，kkknk，llknk，222kwc。上式最终可以表示为：0)(2imimc（2.32）式（2.31）即为各向异性复合材料层合板的频散方程，若要该式有非零解，则02imimc，即：0)()()(233323123222211312211LcLLLLcLLLcL（2.33）式中ijL（ji3,2,1,）由波张量公式求得，确定各向异性复合材料层合板弹性常数模量和铺层角度可以求解复合材料中的频散曲线。基于上述理论计算得到铺层角度为s3]90/45/0/45[的复合材料层合板频散曲线，如图2.3所示。图2.3铺层角度为s3]90/45/0/45[的复合材料层合板频散曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进复合材料在航空航天领域的应用[J]. 蔡菊生. 合成材料老化与应用. 2018(06)
[2]蜂窝共固化结构高分辨率超声C扫描方法及应用[J]. 刘菲菲,刘松平,周正干,李乐刚,孟秋杰. 无损检测. 2018(08)
[3]吸波边界对Lamb波在复合材料中传播的影响研究[J]. 宋成杰,郑艳萍,纪志星,赵竹君. 玻璃钢/复合材料. 2017(08)
[4]结构裂纹损伤的Lamb波层析成像监测与评估研究[J]. 王强,胥静,王梦欣,宋春晓. 机械工程学报. 2016(06)
[5]基于Lamb波时间反转的复合材料结构损伤监测[J]. 冯勇明,周丽. 中国机械工程. 2011(20)
[6]基于虚拟时间反转的高分辨率复合材料板结构损伤成像[J]. 蔡建,石立华,袁慎芳. 复合材料学报. 2012(01)
[7]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)
[8]基于时间反转理论及压电阵列技术的损伤图像监测方法[J]. 王强,袁慎芳,邱雷,孙亚杰. 测控技术. 2008(02)
[9]碳纤维增强树脂基复合材料中激光脉冲能量对超声L波的影响[J]. 刘松平,刘菲菲,郭恩明,李乐刚,杜丽婷. 航空制造技术. 2007(11)
[10]激光超声检测碳纤维增强树脂基复合材料的缺陷评估技术研究[J]. 刘松平,郭恩明,刘菲菲,李乐刚,杜丽婷. 无损检测. 2007(07)
本文编号：3022214
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