基于极限环颤振的悬臂板结构的损伤识别

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1、国内图书分类号：O329密级：公开国际图书分类号：531西南交通大学研究生学位论文基于极限环颤振的悬臂板结构的损伤识别年级二零一五级姓名郭斌斌申请学位级别工学硕士专业力学指导老师范晨光（副教授）二零一八年五月ClassifiedIndex:O329U.D.C:531SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisDAMAGEIDENTIFICATIONOFCANTILEVERPANELBASEDONLIMITCYCLEFLUTTERRESPONSEGrade:2015Candidate:BinbinGuoAcademicDe

2、greeAppliedfor:MasterSpeciality:MechanicsSupervisor:A.Prof.ChenguangFanMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要基于单面受风的悬臂板在亚音速风洞中的极限环颤振响应，探索对结构缺陷进行损伤识别的实验方法。研究了亚音速悬臂板结构在气动弹性系统中的损伤识别以及损伤定位问题。主要开展了以下的理论和实验研究。(1)设计了受单侧亚音速流作用的二维悬臂板实验，验证了固有频率、颤振频率、颤振临界流速等动力特性对悬臂板的损伤识别不敏感。理论分析了二维悬臂完整板及损伤板的固有频率、颤振频率以及颤振临界

3、流速。采用激光测振方法与应变测量方法，获得悬臂板的各种气动弹性响应特性。对比了缺陷悬臂板及完整悬臂板的固有频率、临界颤振速度、颤振频率、振动幅值随流速变化的规律，研究这些特性与损伤的关联性。(2)悬臂板在极限环颤振状态下，实验得到的位移模态对损伤识别不敏感。通过实验测定的完整板与损伤板的位移模态对比，发现损伤对位移模态没有明显影响，不宜作为损伤识别特征。通过应变电测法获得悬臂板在极限环颤振状态下的应变，分析得到应变模态，对比发现可以作为板的损伤识别特征。损伤处的局部应变频率与损伤具有较大的关联性。发现此振动频率其幅值在悬臂板损伤处最大，距离损伤位置越远其幅值越小。(

4、3)通过光学DIC技术，非接触测量悬臂板在极限环颤振状态下的全场应变。利用VIC-3D软件进行应变的相关性计算，获得板在气动载荷作用下的全场应变云图。通过对比完整板与损伤板的全场应变云图，可以明显发现损伤以及损伤位置。同时，对悬臂板全场应变进行快速傅里叶变换，选取多点的幅频曲线，发现同样存在局部应变频率与损伤的关联性。验证了DIC技术在气动弹性系统中，对板结构损伤检测的可行性。关键词:损伤识别；悬臂板；亚音速；极限环颤振；应变模态；数字图像相关西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractBasedonthelimitcycleflutterresponse

5、ofthecantileverpanelunderthesinglesidewindofthesubsonicwindtunnel,theexperimentalmethodsfordamageidentificationofstructuralflawswereexplored.Damageidentificationanddamagelocationofsubsoniccantileverpanelstructureinaeroelasticsystemwerestudied.Thefollowingtheoreticalandexperimentalstudi

6、eswerecarriedout.(1)Atwo-dimensionalcantileverpanelexperimentwasdesignedtobesubjectedtothesinglesidesubsonicflow.Itwasprovedthatthedynamiccharacteristicssuchasnaturalfrequency,flutterfrequencyandfluttercriticalvelocitywerenotsensitivetothedamageidentificationofthecantileverpanel.Thenat

7、uralfrequencies,flutterfrequenciesandfluttercriticalvelocitiesoftwodimensionalintactanddamagedpanelsweretheoreticallyanalyzed.Theaeroelasticresponsecharacteristicsofcantileverpanelwereobtainedbylaservibrationmeasurementandstrainmeasurement.Thenaturalfrequency,fluttercriticalvelocity,