考虑材料各向异性的FRP板损伤Lamb波检测和定位

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1、硕士学位论文考虑材料各向异性的FRP板损伤Lamb波检测和定位DETECTIONANDLOCATIONOFDAMAGEINFRPPLATESBYLAMBWAVECONSIDERINGMATERIALANISOTROPY卢苗苗哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TU599学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文考虑材料各向异性的FRP板损伤Lamb波检测和定位硕士研究生：卢苗苗导师：许颖副教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classif

2、iedIndex:TU599U.D.C:624AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringDETECTIONANDLOCATIONOFDAMAGEINFRPPLATESBYLAMBWAVECONSIDERINGMATERIALANISOTROPYCandidate：LuMiaomiaoSupervisor：AssociateProf.XuYingAcademicDegreeAppliedfor：

3、MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要叠层复合材料（或复合材料层合板，以下简称FRP板），具有轻质高强、加工成型方便、耐化学腐蚀等优势，近年来在不同的工程和产业领域特别是土木工程中的应用越来越广泛。但是FRP板在制造和使用过程中，

4、可能产生分层、气孔、穿透性等损伤。针对在使用过程中的FRP板有多种损伤检测方法，其中超声Lamb波检测技术与其他无损检测技术相比，具有操作简单、检测范围广等优点而被广泛使用。但FRP材料本身的各向异性会对Lamb波损伤定位的精度造成较大的影响，研究发现如果忽略其各向异性对损伤定位的影响，在检测范围边长170mm的区域内，损伤预测的位置和真实位置之间偏差可达到30mm以上。为了解决此问题，本课题提出考虑材料各向异性的时间概率密度法来对损伤位置进行定位，通过相应的数值分析和实验研究，论证本方法对基于超声Lamb波的各向异性FRP板损伤定位的可行性和准确

5、性。本文提出了考虑材料各向异性的Lamb波定位FRP板损伤的方法。分析了Lamb波在各向异性复合材料板中传播的各种模态及频散特性，研究了不同传播方向对于Lamb波低阶模态A0和S0传播速度的影响。在椭圆法的基础上，通过考虑不同传播方向的A0模态波的群速度变化，计算FRP板上任意一点存在损伤的反射波的走时，并以亮度图的形式表示出来，可得到飞行时间图。进而创建飞行时间与实际损伤时间的映射，可得到能表征损伤存在概率的时间概率密度图。在该图中，亮度越亮，概率密度值越大，说明该区域存在损伤的概率越大。通过ABAQUS有限元分析软件进行数值模拟。建立各向异性F

6、RP板健康和有损模型，Lamb波的激励采用汉宁窗调制的五周期窄带激励信号，对Lamb波在FRP板中传播遇到损伤产生的反射波信号进行Hilbert的时频域分析可得其时间走时信息。在此基础上，分别用椭圆法和本文提出的时间概率密度法对损伤位置进行判断，发现本方法相较于传统的椭圆法对损伤的定位误差可减小76.7%，初步验证了时间概率密度法在提高各向异性FRP板损伤识别精度方面的有效性，并探究了该方法对不同位置损伤识别的普遍性，铺层方向、材料各向异性参数和损伤程度对定位准确性的影响。使用NI数据采集设备对各向异性FRP板损伤进行检测。试件采用碳纤维/环氧树脂

7、基材料经层压固化制成的FRP板，损伤预制采用半径4mm的人-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文为钻孔损伤。通过扫频实验选择频率150kHz的汉宁窗调制的正弦信号进行Lamb波的激励，对PZT采集到的信号进行信号滤波处理，分析健康板和损伤板传感器的差信号，可得到损伤反射波的走时信息。通过对比传统椭圆法和时间概率密度法的定位误差发现时间概率密度法相较于传统椭圆法对于损伤定位的误差可减小80%左右，进一步论证本文所提出方法对各向异性FRP板损伤准确定位的优越性和可行性。关键词：无损检测；Lamb波；FRP；有限元分析；概率密度-II-哈尔滨工业大学工学硕

8、士学位论文AbstractLaminatedcompositematerials(orcompositelaminates