复合材料薄板结构分层损伤的建模与探测

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1、分类号TB123单位代码10618s密级公开学号2120082005硕士学位论文复合材料薄板结构分层损伤的建模与探测研究生姓名：成鑫磊s导师姓名及职称：肖光宏教授s申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学ss一级学科名称土木工程论文提交日期2015年04月16日二级学科名称结构工程论文答辩日期2015年06月04日2015年06月09日ModellingandDetectionofDelaminationinPlateStructuresADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChengXinleiSupervisor：P

2、rof.XiaoGuanghongChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China重庆交通大学学位论文巧创巧声明：本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写泣的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名；日期年月曰６３重庆交通大学学位论文化权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留并

3、向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借稠。本人授权重庆交通大学可臥将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可抖采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签名指导教师签名；曰期巧句算ｂ月日曰期：年月曰本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（化盘版）电子杂志社ＣＮＫＩ系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕±学位论文全文数据库

4、出版章程》规定享受相关权益。＾学位论文作者签名；｜｜导教师签名；＾＾／＾曰期；曰曰期：年月曰Ｉｄ贵护１摘要碳纤维增强树脂复合材料薄板由于自身力学特性和轻质优点，在航天航空结构中广泛应用。然而，复合材料会因结构遭遇物体冲撞，或在制造、运输、安装过程中造成渗入空气、应力集中等情况，导致材料内部产生不易察觉的内部损伤。其中，分层损伤是复合材料薄板结构的主要损伤形式。此类缺陷使得材料的结构强度和刚度大幅度下降，同时造成结构抗失稳能力急剧降低，从而导致航空、航天器中复合材料薄板结构不能保证良好的使用性和安全性。因此，为避免分层损伤对复合材料薄板结构产生灾难性的后果，保证航空航天器

5、的安全性并提高其使用寿命，研究分层损伤对薄板结构的影响，从而探测确定航空航天器上复合材料薄板结构分层损伤的位置与受损程度，是确保复合材料薄板结构安全可靠的重要和必要工作，对保证结构承载力的可靠性具有一定的意义。为此，基于固有频率易于测量、且测量精度高的特点，将正交化后的固有频率变化量，应用于含有分层损伤的复合材料薄板结构中，提出了一种新型反向确定结构损伤位置的理论方法。针对飞机中机翼等结构中出现的分层损伤，通过明确分层损伤构成的建模参数，以应用精确刚度阵法与Wittrick-Williams算法的软件VICONOPT为平台，并假设分层损伤厚度无穷小，建立含有分层损伤的复合材料薄板模型，采用

6、控制变量法分析各个参数对自由振动下结构动力响应及振动模式。详细讨论了分层损伤几何尺寸和坐标轴3个方向位置对复合材料薄板结构影响，得到分层位置与固有频率变化趋势之间的联系，为使用固有频率反向确定结构分层损伤位置提供了理论依据。同时，以含有分层损伤的自由振动试验数据为基础，应用正交化固有频率变化量探测方法的自编程序，对比预测分层损伤位置与真实分层损伤位置，验证了该方法预测分层损伤的有效性，且操作简单、高效。此外，将复合材料悬臂梁结构自由振动试验数据代入自编程序中，采用正交化固有频率预测分层损伤位置方法同样可以得到可靠的预测结果。基于该试验数据的验证，从另一方面验证了该方法关于复合材料分层损伤位

7、置探测具有一定可靠性，可以应用在实际工程中解决实际问题。此外，对于机翼结构实际的边界条件，考虑不同边界条件下含有分层损伤的结构探测仿真，对比不同严重程度、处于横向不同位置的分层损伤对探测结果的影响。最终得到结论：当分层损伤处于小范围内，固有频率仍然处于线性下降范围，基于频率测量模式的分层损伤探测方法可以应用于复合材料薄板结构中，完I成分层损伤位置的预测。该方法旨在分层损伤扩大化引起结构失效破坏之前，将分层损伤探测到，以保