裂紋損傷結(jié)構(gòu)的振動(dòng)功率流特性與損傷識(shí)別.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、本文的研究工作是國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于振動(dòng)能量流分析的損傷結(jié)構(gòu)波動(dòng)特性與損傷識(shí)別(50375059)”的一部分。本文對(duì)裂紋損傷結(jié)構(gòu)的振動(dòng)功率流特性進(jìn)行了理論研究和實(shí)驗(yàn)研究,并在此基礎(chǔ)上提出了基于結(jié)構(gòu)功率流的裂紋識(shí)別方法。
   在理論上將振動(dòng)功率流的研究發(fā)展到結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別領(lǐng)域,在應(yīng)用上提出新的識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷的測(cè)量和分析方法。
   文中首先對(duì)梁結(jié)構(gòu)和板殼結(jié)構(gòu)中比較常見的裂紋進(jìn)行了模擬研究。根據(jù)斷裂力學(xué)相關(guān)理論推導(dǎo)了一維

2、裂紋損傷結(jié)構(gòu)在耦合外載荷作用下在裂紋區(qū)域的局部柔度矩陣,并詳細(xì)推導(dǎo)了彎曲載荷作用下圓形截面和矩形截面裂紋梁的局部柔度并對(duì)局部柔度曲線進(jìn)行了擬合。利用線彈簧模型來模擬板殼結(jié)構(gòu)中的表面裂紋和內(nèi)部裂紋,將三維裂紋模型簡(jiǎn)化為裂紋線上作用有分布線彈簧的二維穿透裂紋模型,推導(dǎo)出了線彈簧模型的局部柔度計(jì)算公式。
   接著分別對(duì)含有裂紋的Timoshenko 梁結(jié)構(gòu)和薄板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)功率流特性進(jìn)行了研究。對(duì)于梁結(jié)構(gòu),將裂紋模擬為轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧,對(duì)于板

3、結(jié)構(gòu),則將裂紋模擬為線彈簧。
   對(duì)裂紋梁和板結(jié)構(gòu)的波動(dòng)特性進(jìn)行了理論分析,在此基礎(chǔ)上對(duì)裂紋結(jié)構(gòu)功率流輸入和傳播特性進(jìn)行了計(jì)算;討論了裂紋的位置、深度等參數(shù)與輸入以及傳播功率流之間的聯(lián)系。構(gòu)造不同裂紋位置和裂紋深度的組合下的歸一化輸入功率流等值線圖。
   首次提出了利用不同激勵(lì)頻率下裂紋損傷結(jié)構(gòu)的輸入能量流等值線圖識(shí)別結(jié)構(gòu)的裂紋位置和裂紋深度的方法,利用該方法可以對(duì)裂紋進(jìn)行有效的識(shí)別。對(duì)該方法在含噪聲條件下的靈敏度進(jìn)

4、行了分析,表明此方法對(duì)噪聲不太敏感。
   對(duì)工程中廣泛使用的圓柱殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,首次分析了含環(huán)向裂紋損傷的圓柱薄殼的振動(dòng)功率流特性。利用線彈簧模型模擬裂紋,對(duì)裂紋的張開、滑移和剪切三種狀態(tài)建立了裂紋區(qū)域的局部柔度矩陣,殼體的振動(dòng)用Flügge 方程來描述,考慮殼體中各種不同類型的波,利用波型疊加法得到了外激勵(lì)力作用下輸入到殼體中的輸入能量以及能量的傳播,討論了功率流特性與裂紋位置和尺寸以及殼體特性等參數(shù)的關(guān)系。給出了利用歸一

5、化輸入功率流對(duì)殼體裂紋進(jìn)行識(shí)別的方法。
   利用有限單元法對(duì)裂紋損傷結(jié)構(gòu)的功率流進(jìn)行了可視化研究。首先引入了結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)的概念,給出了有限元一維、二維和三維單元中結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)的表達(dá)式。然后給出了流線可視化的概念,并應(yīng)用到結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)流線的可視化中。針對(duì)含有裂紋的彈性體,推導(dǎo)出了結(jié)構(gòu)在動(dòng)載荷作用下的結(jié)構(gòu)聲強(qiáng)和J積分之間的關(guān)系。計(jì)算得到了裂紋結(jié)構(gòu)在不同裂紋參數(shù)和不同激勵(lì)頻率下的位移響應(yīng)矢量圖、聲強(qiáng)矢量圖和流線圖。實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)表面能量分布、傳播

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