加筋板空間瞬時(shí)基準(zhǔn)應(yīng)力波損傷檢測(cè)方法研究項(xiàng)目摘要

為有效檢測(cè)出加筋板中的裂紋損傷，本項(xiàng)目重點(diǎn)研究基于應(yīng)力波傳播的空間瞬時(shí)基準(zhǔn)損傷檢測(cè)方法。針對(duì)典型加筋板結(jié)構(gòu)，基于損傷非線性本構(gòu)關(guān)系建立應(yīng)力波瞬態(tài)傳播動(dòng)力學(xué)模型，研究應(yīng)力波多重反射和模式轉(zhuǎn)換以及與裂紋作用時(shí)的散射現(xiàn)象。利用非線性應(yīng)力波調(diào)制技術(shù)選擇應(yīng)力波傳遞路徑，確定空間瞬時(shí)基準(zhǔn)作動(dòng)-傳感路徑，避免了環(huán)境和工況變化的影響，得到能夠現(xiàn)場(chǎng)使用的損傷檢測(cè)基準(zhǔn)信號(hào)。分離應(yīng)力波調(diào)制信號(hào)中的非線性成份，研究陣列自適應(yīng)模糊聚束方法，對(duì)加筋板中的裂紋損傷進(jìn)行定位，提高波動(dòng)檢測(cè)方法對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的檢測(cè)能力。以加筋板結(jié)構(gòu)分布式壓電作動(dòng)/傳感陣列作為結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的物理實(shí)現(xiàn)手段，進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)工況與環(huán)境溫度變化情況下的模型實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本方法的有效性，建立一套基于應(yīng)力波傳播的不受環(huán)境和工況干擾的更靈敏的加筋板損傷識(shí)別方法，為后續(xù)工程應(yīng)用提供理論與技術(shù)支撐。

完成項(xiàng)目各項(xiàng)工作。基于壓電激勵(lì)Lamb波傳播過程分析研究了信號(hào)擴(kuò)展時(shí)域溫度補(bǔ)償方法，分別進(jìn)行了不同溫度下Lamb波傳播與損傷檢測(cè)的有限元數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)，利用基準(zhǔn)信號(hào)選擇和基準(zhǔn)信號(hào)擴(kuò)展的溫度補(bǔ)償方法處理波動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。基于壓電激勵(lì)Lamb 波傳播過程，分析研究了Lamb波時(shí)間反轉(zhuǎn)傳遞矩陣顯著特征值數(shù)目與散射體數(shù)目的關(guān)系，進(jìn)行了Lamb波傳播與損傷檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究，利用Lamb波A0和S0模式傳播解析解數(shù)值反向傳播，定位板中各個(gè)散射體。建立了呼吸型裂紋和閉合型裂紋環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)與高頻激勵(lì)調(diào)制的有限元數(shù)值模型，由壓電激勵(lì)模擬加筋板類結(jié)構(gòu)中Lamb波傳播過程，由Lamb波的模式轉(zhuǎn)換及波動(dòng)響應(yīng)信號(hào)的非線性成分表明損傷的存在，研究了裂紋損傷產(chǎn)生波動(dòng)信號(hào)高階諧波成分和亞諧波成分的門檻值特性，作為區(qū)分結(jié)構(gòu)初始非線性和裂紋損傷產(chǎn)生的非線性條件。研究了阻抗與環(huán)境振動(dòng)應(yīng)力波調(diào)制方法；由非線性彈簧模擬了閉合裂紋界面，低電壓激勵(lì)得到結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別時(shí)的瞬時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)，利用比例相減法得到作為損傷定位所需要的各條作動(dòng)-傳感路徑上的非線性響應(yīng)成分?；诜蔷€性時(shí)間反轉(zhuǎn)理論研究了閉合型裂紋的損傷識(shí)別方法，通過金屬鋁板上黏貼的壓電激勵(lì)/傳感陣列進(jìn)行了Lamb波檢測(cè)螺栓模擬的閉合型裂紋實(shí)驗(yàn)，利用相關(guān)性定義了損傷指數(shù)并定位裂紋區(qū)域。

按材料分類，加筋板可分為金屬加筋板，復(fù)合材料加筋板。

采用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究在低速?zèng)_擊后，含界面分層/脫粘和基體橫向微裂紋損傷復(fù)合材料加筋板殼結(jié)構(gòu)的自振頻率、頻率響應(yīng)函數(shù)、模態(tài)和阻尼特性以及在動(dòng)載下的響應(yīng)行為和破壞機(jī)理，發(fā)展含損傷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)分析理論、方法和開發(fā)相應(yīng)的軟件，通過參數(shù)討論，為復(fù)合材料工程結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計(jì)、識(shí)別和失效防范提供分析依據(jù)。