基于定量曲率模态分析的分层损伤检测研究

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1、第42卷第2期2012年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01.42No.2Mar.2012基于定量曲率模态分析的分层损伤检测研究王菡。童明波(南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室,江苏南京210016)摘要:为研究基于振动分析的复合材料损伤定量检测方法,对含有不同长度分层损伤的复合材料粱。分别采用试验和有限元分析的方法进行静态和动态响应检测。样本分别进行了纯弯曲、剪切、自由振动和不同频率下的受迫振动试验。振动状态下的位移和加速度分布采用多普勒激光扫描振动仪测得。有限元分析采用ABAQUS

2、6.9.1软件进行,并将分析结果与试验结果进行了对比。由此得出样本件的曲率模态响应,从而可以确定分层损伤区域的位置、大小及相关物理参数。关键词:复合材料梁;曲率模态;分层损伤;振动梁;多普勒激光扫描振动仅中图分类号:0242.21文献标识码:A文章编号:1671.654X(2012)02.0069—04NumericalInvestigationofQuantitativeModeShapeCurvatureasaDelaminationDamageDiagnosticTechniqueWANGHan,TONGMing-bo(KeyLaborato

3、ryofFundamentalScienceforNationalDefense-AdvancedDesignTechnologyofFlightVehicle,N0n扣ngUniversityofAeronauticsandAstronautics,Na雌ng210016。China)Abstract:Toinvestigatethedynamics-baseddamagedetectiontechniquesofcompositematerials,bothexperimentalandcomputationalstudiesofthestat

4、icandvibrationbehaviorofcompositebeamscontainingdelaminateddamageofvaryinglengthsarepresented.Thesamplesaresubjectedtopurebonding,freeendshearing,freevibrationandforcedvibrationatseveralfrequenciesrespectively.Underthevibrationbehav.iorthedisplacementandaccelerationweremeasure

5、dwiththescanninglaserDopplervibrometer.FiniteelementanalysisiscarriedoutwithABAQUS6.9.1andtheresultsarecomparedwiththeexperimentalobservations.Theexperimentalandnumericalcurvaturemodeshapesareprimarilyusedtodetectthepresence,location,andsizeofthedamages.Keywords:compositebeams

6、;curvaturemodeshape;delamination;beamvibration;scanninglaserDopplervibrometer引言复合材料结构已经被广泛运用到工程制造、航空、航天、航海等领域中。然而,由于复合材料的各向异性特点,其在损伤检测、定位方面依旧非常困难。事实上,大多数损伤并不出现在结构外表面而在内部,并且不易观察到⋯,复合材料结构分层损伤为主要的失效模式之一[21。现有的无损检测技术在应用于大区域时效果差且耗时,如目视检查、超声波探测等。因此,采用基于静态或振动的损伤检测技术成为结构健康检测(SHM)的重要手段

7、之一。由于结构的损伤会导致其模态特性的改变,例如结构的固有频率、阻尼、振型以及其他一些用于评估损伤的物理参数,可以利用这一原理探索有效的损伤检测方法。l复材梁分层损伤模型在反复的循环应力、冲击载荷等作用下,都可能会导致分层损伤【3J。在本文中,主要研究分层纵贯整个宽度的梁的损伤检测方法。1.1纯弯曲纯弯曲是梁在恒定弯矩M下的弯曲变形,其挠曲线方程一1为:收稿日期:2012—02—06修订日期:2012—02—22基金项目:澳大利亚皂家墨尔本理工大学Wackett航守研究中心科研基金项目资助作者简介:王菡(1986一),女,辽宁沈阳人.硕士研究生,主

8、要研究方向为复合材料无损检测。·70·航空计算技术第42卷第2期d2∞面M:—j‰(1)肼一⋯蝴扔u’式中M是弯矩,E为弹

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