基于模態(tài)分析的木塑復(fù)合板材振動(dòng)特性研究與缺陷識(shí)別.pdf

1、木塑復(fù)合材具有環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、低碳、可再利用等優(yōu)點(diǎn),它已逐漸發(fā)展成為一種新型的、重要的工業(yè)材料。其應(yīng)用領(lǐng)域由過去比較簡(jiǎn)單的低附加值產(chǎn)品向相對(duì)復(fù)雜的高附加值產(chǎn)品如房屋、建筑、管材、地板等方向發(fā)展。開展木塑復(fù)合板材的振動(dòng)特性及無損檢測(cè)研究將能夠?yàn)榛谀舅軓?fù)合材的結(jié)構(gòu)抗震及抗沖擊設(shè)計(jì)、內(nèi)部損傷檢測(cè)、動(dòng)態(tài)性能評(píng)估等提供依據(jù)。本論文以高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)基木塑復(fù)合板材為研究對(duì)象,從理論分析、試驗(yàn)

2、測(cè)試、有限元模擬等多個(gè)角度較系統(tǒng)地研究了木塑復(fù)合板材的固有頻率、位移和曲率模態(tài)振型、動(dòng)彈性模量等振動(dòng)特性的變化規(guī)律,并結(jié)合.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其缺陷實(shí)現(xiàn)了定性和定量辨識(shí)。
　　 本研究系統(tǒng)闡述了木塑復(fù)合板材振動(dòng)特性的模態(tài)分析理論；在此基礎(chǔ)上,對(duì)完好和含有缺陷的HDPE基木塑復(fù)合板材樣本進(jìn)行了振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn),基于測(cè)試到的頻域信號(hào),識(shí)別并對(duì)比了頻率響應(yīng)函數(shù)、固有頻率、位移和曲率模態(tài)振型、動(dòng)彈性模量的變化；運(yùn)用ANSYS建立了木塑復(fù)合板材有

3、限元模型,在完好和含缺陷狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析,對(duì)有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比及相互驗(yàn)證；結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),分別以固有頻率、位移和曲率模態(tài)振型為識(shí)別指標(biāo),構(gòu)建了定性、定位和定量缺陷辨識(shí)網(wǎng)絡(luò),驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)能力,討論了各指標(biāo)對(duì)缺陷的敏感度。最后,在常溫和凍結(jié)狀態(tài)下,對(duì)樣本進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn),對(duì)比分析了常溫和凍結(jié)狀態(tài)下木塑復(fù)合板材的固有頻率和動(dòng)彈性模量變化。
　　 研究結(jié)果表明:(1)固有頻率和振型是木塑復(fù)合板材兩個(gè)重要

4、的振動(dòng)特性參數(shù)。缺陷對(duì)木塑復(fù)合板材的固有頻率有顯著影響。與完好時(shí)相比,含缺陷木塑復(fù)合板材的各階固有頻率均會(huì)降低。位移模態(tài)振型對(duì)內(nèi)部的小缺陷、小損傷不十分敏感,而曲率模態(tài)振型是一個(gè)對(duì)結(jié)構(gòu)缺陷位置及大小比較敏感的參數(shù)。(2)采用縱波法、縱向共振以及彎曲共振等3種方法所測(cè)得的完好木塑復(fù)合板材試樣的動(dòng)彈性模量均高于其靜彈性模量值,動(dòng)彈性模量與靜彈性模量的比值分別為3.02,2.94和2.83。缺陷對(duì)木塑復(fù)合板試樣動(dòng)彈性模量影響顯著。含缺陷試樣的