本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)分層損傷的建模與探測(cè)

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【摘要】：碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料薄板由于自身力學(xué)特性和輕質(zhì)優(yōu)點(diǎn),在航天航空結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。然而,復(fù)合材料會(huì)因結(jié)構(gòu)遭遇物體沖撞,或在制造、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中造成滲入空氣、應(yīng)力集中等情況,導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生不易察覺(jué)的內(nèi)部損傷。其中,分層損傷是復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)的主要損傷形式。此類(lèi)缺陷使得材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度大幅度下降,同時(shí)造成結(jié)構(gòu)抗失穩(wěn)能力急劇降低,從而導(dǎo)致航空、航天器中復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)不能保證良好的使用性和安全性。因此,為避免分層損傷對(duì)復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果,保證航空航天器的安全性并提高其使用壽命,研究分層損傷對(duì)薄板結(jié)構(gòu)的影響,從而探測(cè)確定航空航天器上復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)分層損傷的位置與受損程度,是確保復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)安全可靠的重要和必要工作,對(duì)保證結(jié)構(gòu)承載力的可靠性具有一定的意義。為此,基于固有頻率易于測(cè)量、且測(cè)量精度高的特點(diǎn),將正交化后的固有頻率變化量,應(yīng)用于含有分層損傷的復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)中,提出了一種新型反向確定結(jié)構(gòu)損傷位置的理論方法。針對(duì)飛機(jī)中機(jī)翼等結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的分層損傷,通過(guò)明確分層損傷構(gòu)成的建模參數(shù),以應(yīng)用精確剛度陣法與Wittrick-Williams算法的軟件VICONOPT為平臺(tái),并假設(shè)分層損傷厚度無(wú)窮小,建立含有分層損傷的復(fù)合材料薄板模型,采用控制變量法分析各個(gè)參數(shù)對(duì)自由振動(dòng)下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及振動(dòng)模式。詳細(xì)討論了分層損傷幾何尺寸和坐標(biāo)軸3個(gè)方向位置對(duì)復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)影響,得到分層位置與固有頻率變化趨勢(shì)之間的聯(lián)系,為使用固有頻率反向確定結(jié)構(gòu)分層損傷位置提供了理論依據(jù)。同時(shí),以含有分層損傷的自由振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),應(yīng)用正交化固有頻率變化量探測(cè)方法的自編程序,對(duì)比預(yù)測(cè)分層損傷位置與真實(shí)分層損傷位置,驗(yàn)證了該方法預(yù)測(cè)分層損傷的有效性,且操作簡(jiǎn)單、高效。此外,將復(fù)合材料懸臂梁結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入自編程序中,采用正交化固有頻率預(yù)測(cè)分層損傷位置方法同樣可以得到可靠的預(yù)測(cè)結(jié)果�；谠撛囼�(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證,從另一方面驗(yàn)證了該方法關(guān)于復(fù)合材料分層損傷位置探測(cè)具有一定可靠性,可以應(yīng)用在實(shí)際工程中解決實(shí)際問(wèn)題。此外,對(duì)于機(jī)翼結(jié)構(gòu)實(shí)際的邊界條件,考慮不同邊界條件下含有分層損傷的結(jié)構(gòu)探測(cè)仿真,對(duì)比不同嚴(yán)重程度、處于橫向不同位置的分層損傷對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響。最終得到結(jié)論:當(dāng)分層損傷處于小范圍內(nèi),固有頻率仍然處于線性下降范圍,基于頻率測(cè)量模式的分層損傷探測(cè)方法可以應(yīng)用于復(fù)合材料薄板結(jié)構(gòu)中,完成分層損傷位置的預(yù)測(cè)。該方法旨在分層損傷擴(kuò)大化引起結(jié)構(gòu)失效破壞之前,將分層損傷探測(cè)到,以保證結(jié)構(gòu)的安全性及使用性。
【關(guān)鍵詞】：固有頻率 薄板結(jié)構(gòu) 分層損傷 位置預(yù)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：V214.8;V215
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 選題背景介紹10-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 基于順向問(wèn)題的無(wú)損檢測(cè)方法13
• 1.2.2 基于逆向問(wèn)題的無(wú)損檢測(cè)方法13-15
• 1.3 基于Wittrick-Williams算法的軟件VICONOPT15-19
• 1.3.1 動(dòng)力剛度陣法16-17
• 1.3.2 W-W算法17-18
• 1.3.3 VICONOPT的簡(jiǎn)介18-19
• 1.4 本文的基本思想19-20
• 1.5 本文研究目的和內(nèi)容20-21
• 1.5.1 研究目的20
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容20-21
• 第二章 薄板結(jié)構(gòu)分層損傷探測(cè)理論基礎(chǔ)21-47
• 2.1 引言21
• 2.2 薄板結(jié)構(gòu)分層損傷探測(cè)理論基礎(chǔ)21-28
• 2.2.1 薄板結(jié)構(gòu)分層損傷模型及機(jī)理21-23
• 2.2.2 薄板結(jié)構(gòu)分層損傷探測(cè)的原理23-24
• 2.2.3 薄板結(jié)構(gòu)分層損傷探測(cè)的方法24-28
• 2.3 影響分層損傷因素的驗(yàn)證28-46
• 2.3.1 分層損傷寬度 b28-34
• 2.3.2 分層損傷長(zhǎng)度d34-35
• 2.3.3 分層損傷沿z方向位置35-39
• 2.3.4 分層損傷沿x方向位置39-41
• 2.3.5 分層損傷沿y方向位置41-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 第三章 探測(cè)方法試驗(yàn)驗(yàn)證47-59
• 3.1 引言47
• 3.2 基于試驗(yàn)（1）的探測(cè)方法驗(yàn)證47-53
• 3.2.1 試驗(yàn)（1）背景宏觀描述47-49
• 3.2.2 試驗(yàn)（1）驗(yàn)證及誤差分析49-53
• 3.3 基于試驗(yàn)（2）的探測(cè)方法驗(yàn)證53-58
• 3.3.1 試驗(yàn)（2）背景宏觀描述53
• 3.3.2 試驗(yàn)（2）驗(yàn)證及誤差分析53-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 探測(cè)方法數(shù)值模擬研究59-77
• 4.1 引言59
• 4.2 計(jì)算模型59
• 4.3 簡(jiǎn)支約束下軸對(duì)稱(chēng)分層損傷位置的探測(cè)仿真59-66
• 4.3.1 β=12.5mm分層損傷算例59-64
• 4.3.2 β=17.5mm分層損傷算例64-66
• 4.4 簡(jiǎn)支約束下近邊緣分層損傷位置的探測(cè)仿真66-72
• 4.4.1 β=12.5mm分層損傷算例66-69
• 4.4.2 β=15mm分層損傷算例69-72
• 4.5 固支約束下居中分層損傷位置的探測(cè)仿真72-76
• 4.5.1 β=12.5mm分層損傷算例72-74
• 4.5.2 β=17.5mm分層損傷算例74-76
• 4.6 本章小結(jié)76-77
• 第五章 結(jié)論與展望77-79
• 5.1 結(jié)論77-78
• 5.2 展望78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 論文術(shù)語(yǔ)注釋表84-85
• 在學(xué)期間發(fā)表的論文及參與科研情況85

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 嚴(yán)剛;航空結(jié)構(gòu)沖擊載荷與損傷識(shí)別技術(shù)方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

2 張璐;含分層缺陷復(fù)合材料層合板分層擴(kuò)展行為與數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：876935