【摘 要】
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复合材料结构的应用已经普及到航空、汽车等范畴。在复合材料结构中,主要的损伤形式是层间分层以及层内基体开裂,且损伤并不出现在结构外表面而在内部,并且不易观察到。因此,
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复合材料结构的应用已经普及到航空、汽车等范畴。在复合材料结构中,主要的损伤形式是层间分层以及层内基体开裂,且损伤并不出现在结构外表面而在内部,并且不易观察到。因此,研究一种有效的检测复合材料脱层损伤的方法是非常有意义的。复合材料脱层损伤肯定会引起结构本身的刚度(柔度)矩阵发生变化,基于模态柔度曲率的变化是一种新型的高效检测方法。本文研究的主要内容如下:(1)基于振动理论构建复合材料构件柔度矩阵,结合具体构件形状建立合适的柔度曲率矩阵计算方法,分别将对应柔度曲率矩阵应用于不同结构的复合材料脱层损伤检测,研究表明应用此方法可以精确识别一维以及二维复合材料结构脱层损伤的位置以及大小。(2)以损伤的大小、位置、层为要素分别制作无损和含脱层损伤复合材料梁。采用实验研究方法测出模态振型,求解得到构件的固有频率;利用有限元软件ANSYS建立与实验相对应的复合材料梁脱层模型,分析获得所需模态参数。整理实验及仿真数据获得模态柔度曲率矩阵,对比研究发现,无论是单一或多处脱层损伤,利用柔度曲率矩阵FDM损伤识别指标可精确判定损伤的位置和大小。(3)通过有限元软件ANSYS构建复合材料层合板以及圆筒结构单一及多处脱层损伤模型,将有限元分析所获得的振型位移值及固有频率等数据代入模态柔度矩阵公式可获得复合材料层合板以及圆筒各节点柔度值。对于层合板,本文只取纵向柔度曲率矩阵Fc作为损伤识别指标,研究表明,脱层层数越多,面积越大,越靠近边界,Fc突变越明显,越易被检测;对于圆筒结构,对柔度矩阵分别沿轴向和周向进行两次差分后最终获得轴向柔度曲率矩阵Fc及周向柔度曲率矩阵Fd,研究表明,利用周向和轴向柔度曲率均可精确识别任意位置单一和多处脱层损伤位置及大小,也可定性判断脱层所在层的大概位置,且相对而言,轴向柔度曲率在脱层位置突变远大于周向柔度曲率,更易判断损伤位置。但由于轴向柔度曲率在固定端边界本身就有较小突变,故当损伤发生在沿轴线方向固定端附近时,用轴向柔度曲率容易引起误判,应用周向柔度曲率识别才更加准确。
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