复合材料夹层结构冲击位置识别与冲击力重建研究

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1、中图分类号：V214论文编号：102870118-S080学科分类号：080104硕士学位论文复合材料夹层结构冲击位置识别与冲击力重建研究研究生姓名陆深波学科、专业工程力学研究方向结构健康监测指导教师周丽教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringIdentificationofImpactLocationandForceonCompositeSandwichStructureAThesisin

2、EngineeringMechanicsbyLuShenboAdvisedbyProf.ZhouLiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

3、索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要复合材料夹层结构在受到外部冲击载荷的作用下会影响结构的安全性和可靠性。当外部冲击发生后，及时准确地识别出冲击位置以及重建冲击力时间历程是复合材料夹层结构健康监测系统中一项非常重要的工作。本文对复合材料夹层结构冲击载荷识别问题进行了相关研究，采用被动监测的方法，监测外部冲击载荷发生的位置并对其进行重建。首先对复合材料夹层结构冲击位置识别进行研究，提出了一种两步式的位置识别方法。根据传感器的布置方式以及数量选择合适的初始识别区域，接着将三个传感器

4、重建冲击力误差作为目标函数，采用最小化目标函数的方法确定最终的冲击位置。其次，在识别出冲击位置的基础上，对重建冲击力时间历程进行研究。针对复合材料夹层结构特性采用了一种基于三阶剪切变形理论的layerwise理论模型，即全厚度理论模型。这种模型将结构的位移场分解成线性位移、二次位移和三次位移组合的形式。根据这种理论模型，构造冲击系统的运动方程，采用Guyan降阶方法建立起系统的状态空间方程。将状态空间方程进行离散化，推导冲击力与传感器响应之间的传递函数矩阵，利用吉洪诺夫正则化方法解决传递函数矩阵的不适定性问题，进而重建出任意位置处的冲击力时间历程。最后通过对玻璃纤维复合材料泡沫夹层结

5、构进行仿真和实验研究，验证上述方法的可行性和有效性。关键词：结构健康监测，复合材料夹层结构，冲击载荷识别，目标函数，全厚度理论模型，传递函数矩阵本文在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。i复合材料夹层结构冲击位置识别与冲击力重建研究ABSTRACTThesafetyandreliabilityofthecompositesandwichstructurewillbeaffectedwhentheimpacthappens.Itisaveryimportantworktoidentifytheimpactlocationandthetimehistoryoftheimpactforc

6、etimelyandaccuratelyinacompositesandwichstructuralhealthmonitoringsystemaftertheimpacthappens.Inthispaper,theidentificationofimpactloadofcompositesandwichstructuresisstudied.Thepassivemonitoringmethodisusedtoidentifytheimpactlocationandreconstructthetimehistoryofimpactforce.Firstly,theimpactloc

7、ationidentificationproblemofcompositesandwichstructureisstudiedbasedontwo-stepidentificationmethod.Theappropriateinitialidentificationareaisselectedaccordingtothearrangementandthenumberofthesensors.Theerrorofimpactreconstructionof