低速冲击下蜂窝夹层板损伤标识量的提取研究

摘要

蜂窝夹层结构作为一种特殊的复合材料结构，具有低密度、高比强度和高比刚度等优越性能，在航空航天领域得到广泛的应用。蜂窝夹层板因其结构复杂、研制周期长、生产工序多、轻质高强的特点，在研制、装配、搬运等过程中容易出现各种肉眼难以察觉的损伤。冲击损伤已被认为是复合材料结构最重要的损伤形式之一。冲击损伤破坏了蜂窝夹层结构的完整性，使其压缩强度、弯曲强度和弯曲刚度大幅度下降，容易发生突然事故。目前众多学者对复合材料板的研究多局限于对其动力响应方面，鲜有准确完整的对于损伤判定的成果。结合上述蜂窝夹层板损伤检测对工程实际的重要性，因此正确诊断出蜂窝夹层结构是否存在损伤、损伤的位嚣以及损伤程度是复合材料领域中有重人意义的研究课题。
　　本文以存在微小冲击损伤的铝制四边简支蜂窝夹层板为研究对象，研究了蜂窝夹层板的损伤识别问题。论文的主要研究内容有以下几个方面。
　　根据损伤力学知识，以损伤因子的形式表征结构的损伤程度，通过改变损伤因子来修正损伤后的结构力学参数，建立了含损伤蜂窝夹层板的本构关系，并应用三阶剪切板理论推导了含损伤蜂窝夹层板的频率方程。求得了含损伤蜂窝夹层板的固有频率和振型。
　　在总结了几种主要的结构损伤识别方法的基础上，进行四边简支蜂窝夹层板模态实验研究。实验采用INV3018C智能信号采集处理分析仪，通过Coinv DASP V10模态与动力学分析软件，准确地采集到有、无损伤蜂窝夹层板各阶固有频率及振型数据。
　　基于频率对损伤识别的基础上，分别采用频率法、频率指纹法、反共振频率法;基于振型对损伤识别的基础上，分别采用振型差值法、曲率模态法、高斯曲率模态法，正确识别了四边简支蜂窝夹层板的损伤，准确判定了损伤位置，并给出损伤程度的估算方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 蜂窝夹层板的基本结构

1．1．2 蜂窝夹层板的性能

1．2 蜂窝板损伤检测研究现状

1．3 本文研究内容

第2章 理论解求解四边简支含损伤蜂窝夹层板频率和振型

2．1 三阶剪切变形理论

2．2 蜂窝夹层板的损伤表征

2．3 蜂窝夹层的内力方程

2．4 振动微分方程

2．5 四边简支边界条件下的频率方程

2．6 理论计算结果

2．6．1 蜂窝板频率理论解

2．6．2 蜂窝板振型理论解

2．7 本章小结

第3章 蜂窝板损伤识别模态测试实验研究

3．1 蜂窝板锤击法模态测试实验

3．1．1 实验设备

3．1．2 蜂窝板模态测试操作简要

3．1．3 传递函数分析

3．1．4 模态分析参数设置

3．1．5 模态分析结构建模

3．1．6 模态分析定阶

3．1．7 模态分析拟合过程

3．1．8 模态分析校验

3．2 实验结果分析

3．2．1 蜂窝夹层板的实验频率

3．2．2 蜂窝夹层板的实验振型

3．3 本章小结

第4章 基于频率的蜂窝夹层板损伤识别

4．1 蜂窝夹芯板的损伤对结构频率的影响

4．2 频率指纹法测蜂窝板损伤

4．2．1 频率指纹法

4．2．2 定位指纹的可行性证明

4．2．3 频率指纹法对蜂窝夹芯板损伤位置的检测

4．3 反共振频率法测蜂窝板损伤

4．3．1 反共振频率的定义

4．3．2 反共振频率对损伤敏感性分析

4．3．3 反共振频率对蜂窝板损伤分析

4．3．4 反共振频率法结果分析

4．4 蜂窝板损伤程度的定量分析

4．4．1 基于频率变化量的损伤程度识别

4．4．2 基于反共振频率变化量的损伤程度识别

4．5 本章小结

第5章 基于振型的蜂窝夹层板损伤识别

5．1 损伤对蜂窝板振型的影响

5．2 蜂窝板振型差值损伤识别

5．2．1 不同损伤程度的损伤识别

5．2．2 不同损伤位置的损伤识别

5．2．3 多点损伤的损伤识别

5．3 蜂窝板曲率模态振型损伤识别

5．3．1 蜂窝夹层板的曲率

5．3．2 不同损伤程度的损伤识别

5．3．3 不同损伤位置的损伤识别

5．3．4 多点损伤识别

5．4 蜂窝板高斯曲率损伤识别

5．4．1 蜂窝夹层板的高斯曲率

5．4．2 不同损伤程度的损伤识别

5．4．3 不同损伤位置的损伤识别

5．4．4 多点损伤识别

5．5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间发表的论文

攻读硕士期间从事科学研究的经历