碳纤维复合材料损伤模态识别方法研究

发布时间：2022-12-11 02:18

　　随着科学技术不断进步,对材料性能提出了更好的要求,碳纤维复合材料由于具有比强度和比刚度高等优点,在航空航天、压力容器、风力发电、船舶、新能源等领域得到广泛应用。然而,纤维复合材料失效机理复杂,包括纤维断裂、基体开裂、界面脱粘和分层失效等,尤其是在使用过程中多种损伤失效相互混合、交叠给检测工作带来很大困难,具有重大的安全隐患。声发射检测技术常用来对碳纤维复合材料损伤进行检测,但声发射常规分析方法的损伤模式识别率低。因此开展损伤物理机制与声发射源的对应关系研究,从声源瞬态波形中提取损伤模态波形特征,并且掌握不同损伤类型的模态变化规律,对实现复合材料损伤声发射动态表征,进而实现在用复合材料容器及设备的损伤状态在线监测与智能评价具有重要意义。本文构建多激励模式声发射信号实验系统,以Lamb波理论为基础,借助经验模态分解和连续小波能量谱实现声发射波形模态分离,并将群速度频散曲线与小波能谱图相关联,实现不同激励声源模态特征识别。利用快速傅里叶变换对分离出的模态分量进行频域转换,得到不同模态的峰值频率范围。针对分离后的模态进行不同传播距离下的频率特征衰减试验,选择峰值频率和中心频率范围为判断指标,得... 

【文章页数】：126 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
创新点摘要
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 复合材料声发射检测的优势与发展
        1.2.1 复合材料损伤声发射表征
        1.2.2 复合材料容器损伤声发射监测
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 复合材料损伤时频分析研究现状
        1.3.2 复合材料损伤模式识别研究现状
        1.3.3 复合材料模态声发射研究现状
    1.4 现阶段研究中存在的主要问题
    1.5 本文研究主要内容
第二章 复合材料损伤声发射信号Lamb波模态特征提取
    2.1 引言
    2.2 模态声发射基础机理分析
        2.2.1 声发射信号的波形特征
        2.2.2 Lamb波理论
        2.2.3 瞬态波形模态分离方法
        2.2.4 声发射信号Lamb波模态识别
    2.3 典型声发射信号模态特征分析
        2.3.1 实验装置及传感器布置
        2.3.2 突发型信号模态分析
        2.3.3 连续型信号模态分析
    2.4 典型声发射信号模态分量传播特性分析
        2.4.1 声发射模态分量频域特性
        2.4.2 突发型信号传播频谱特性
        2.4.3 连续型信号传播频谱特性
    2.5 本章小结
第三章 碳纤维复合材料典型损伤模式声发射特征提取
    3.1 引言
    3.2 碳纤维复合材料损伤机理分析
        3.2.1 碳纤维复合材料损伤概述
        3.2.2 碳纤维复合材料层合板损伤特征
    3.3 碳纤维复合材料损伤声发射信号时域特征提取
        3.3.1 声发射信号时域特征
        3.3.2 碳纤维复合材料损伤时域信号参量分析
    3.4 碳纤维复合材料损伤声发射信号频域特征提取
    3.5 碳纤维复合材料损伤模态特征提取
        3.5.1 MAE模态特征参量定义
        3.5.2 MAE绝对能量系数求解
        3.5.3 纤维拉断声发射信号模态特征提取
        3.5.4 基体开裂声发射信号模态特征提取
    3.6 本章小结
第四章 碳纤维复合材料容器损伤声发射表征方法研究
    4.1 引言
    4.2 碳纤维复合材料层合板损伤机制声发射表征
        4.2.1 碳纤维复合材料层合板损伤数值模拟
        4.2.2 碳纤维复合材料层合板面内弯曲试验
        4.2.3 碳纤维复合材料层合板损伤时频参量分析
    4.3 碳纤维复合材料层合板损伤模态特征分析
    4.4 碳纤维复合材料容器损伤声发射特性分析
        4.4.1 碳纤维复合材料容器损伤数值模拟
        4.4.2 碳纤维复合材料容器损伤声发射监测实验
        4.4.3 碳纤维复合材料容器损伤声发射参量分析
    4.5 碳纤维复合材料容器损伤模态声发射分析
        4.5.1 气瓶损伤模态类型判据
        4.5.2 气瓶损伤模态分布规律
    4.6 本章小结
第五章 碳纤维复合材料声发射模式识别与损伤评价
    5.1 引言
    5.2 模态声发射信号模式识别
        5.2.1 相关向量机原理及模型
        5.2.2 特征参数优选
        5.2.3 基于主成分分析的数据降维
        5.2.4 基于相关向量机的模式识别
    5.3 碳纤维复合材料气瓶损伤评价
        5.3.1 模态窗能量时域评价
        5.3.2 模态特征参量拟合评价
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士期间发表论文及取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料损伤声发射的时频分析[J]. 毛嘉伊,陈雪莹,陈敦惇,陆阿坤,顾爱军.  海峡科技与产业. 2019(07)
[2]基于微纳耦合光纤传感器的模态声发射源线性定位研究[J]. 付文成,刘懿莹,王霖洁,李凤梅.  振动与冲击. 2019(01)
[3]基于HHT的三维编织复合材料声发射检测信号分析的研究[J]. 黄博翔,丁刚.  数字技术与应用. 2017(12)
[4]基于morlet小波与模态分析的突发型声发射源定位研究[J]. 王少锋,刘朋真,王道瑞,王建国.  传感技术学报. 2017(08)
[5]基于小波的声发射信号去噪研究[J]. 杨慧,顾菊平,华亮,罗来武,陈猛.  现代电子技术. 2017(13)
[6]气体管道泄漏模态声发射时频定位方法[J]. 李帅永,王鹏飞,严冬,王平,黄心成.  仪器仪表学报. 2016(09)
[7]碳纤维复合材料损伤识别的AE频响分析方法[J]. 韩文钦,顾爱军.  淮阴工学院学报. 2016(01)
[8]基于HHT的粉砂岩破裂声发射信号频率特性研究[J]. 张艳博,梁鹏,孙林,刘祥鑫.  采矿与安全工程学报. 2016(01)
[9]金属薄板中导波的模态识别和波速测定[J]. 张维刚,李凯丽,肉孜麦麦提,黄志刚,项疆腾.  声学技术. 2015(04)
[10]纤维增强复合材料的无损探伤技术探讨[J]. 王宝瑞,丁新静.  玻璃钢/复合材料. 2014(04)

博士论文
[1]空间碎片撞击典型航天器结构损伤模式识别技术研究[D]. 刘源.哈尔滨工业大学 2018
[2]基于声发射信号分析的2D及3D纺织结构复合材料损伤机制研究[D]. 栗丽.东华大学 2015
[3]空间碎片超高速撞击载人密封舱在轨感知技术研究[D]. 刘治东.哈尔滨工业大学 2015
[4]基于小波分析的岩石类材料声发射源定位方法研究[D]. 康玉梅.东北大学 2009

硕士论文
[1]T700碳纤维复合材料渐进损伤声发射特性分析[D]. 李英年.东北石油大学 2016
[2]基于模态声发射的平板超高速撞击损伤模式识别技术[D]. 常志中.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于小波神经网络的复合材料损伤声发射信号识别方法研究[D]. 吴超群.东北石油大学 2011
[4]基于模态声发射的管道泄漏识别与定位方法研究[D]. 裴丽莹.北京邮电大学 2009



本文编号：3717954