基于能量密度的簡單結(jié)構(gòu)損傷識別方法研究.pdf

1、隨著航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展和飛行任務(wù)需求的日益提高,對飛行器的可靠性和使用壽命提出了越來越高的要求。在飛行器的整個(gè)運(yùn)行階段,會受到振動(dòng)、沖擊、噪聲等各種極端環(huán)境和載荷的影響,由此可能引起沖擊損傷、疲勞裂紋等結(jié)構(gòu)損傷情況,進(jìn)而影響飛行器的工作性能,嚴(yán)重時(shí)會造成災(zāi)難性事故。因此,對飛行器結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識別,在軌監(jiān)測飛行器結(jié)構(gòu)的健康狀況,以便及時(shí)采取有效處理措施,具有十分重要的工程意義。
　　相比于傳統(tǒng)的X射線探傷、超聲波探傷等損傷識別方

2、法,基于振動(dòng)的無損檢測方法因具有在線實(shí)時(shí)損傷診斷等優(yōu)點(diǎn)得到大量的研究。但這些研究大都通過模態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)來進(jìn)行損傷識別,適合識別大損傷對微小損傷監(jiān)控困難。而基于能量的結(jié)構(gòu)損傷識別方法能夠克服上述方法的缺點(diǎn)和不足,得到越來越廣泛的關(guān)注。近年來,基于波動(dòng)理論以振動(dòng)能量為主要變量的能量有限元法在結(jié)構(gòu)中高頻振動(dòng)噪聲分析與控制領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,為結(jié)構(gòu)損傷識別研究提供了新的思路。
　　本文查閱了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),對已有損傷識別方法進(jìn)行了調(diào)研,在

3、總結(jié)這些方法優(yōu)缺點(diǎn)以及損傷識別領(lǐng)域研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合能量有限元法,提出了一種基于能量密度分布的結(jié)構(gòu)損傷識別方法。
　　首先,根據(jù)波在結(jié)構(gòu)傳播過程中,在不連續(xù)節(jié)點(diǎn)處,將會產(chǎn)生波的反射和透射,給出飛行器典型結(jié)構(gòu)(板,梁結(jié)構(gòu))存在損傷情況的波動(dòng)方程;在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)給出損傷局部的能量關(guān)系以及損傷板、梁的能量有限元方程;進(jìn)行求解分析獲得損傷板、梁的能量密度分布,通過仿真驗(yàn)證本文研究方法的正確性與有效性。
　　其次,在上述

4、研究基礎(chǔ)上，針對結(jié)構(gòu)損傷中最常見的形式—裂紋,采用基于能量密度的損傷識別方法進(jìn)行研究。以裂紋梁為研究對象,依據(jù)損傷識別領(lǐng)域中的兩步法,結(jié)合彎曲彈簧模型以及損傷梁的波動(dòng)特性,推導(dǎo)出單裂紋、雙裂紋懸臂梁的頻率方程;對幾種典型工況下的懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識別仿真,仿真結(jié)果表明:基于能量密度識別方法能夠準(zhǔn)確識別各種工況下裂紋梁損傷位置,結(jié)合裂紋梁的頻率方程能夠獲得裂紋深度。
　　最后,基于理論研究成果,本文設(shè)計(jì)了試驗(yàn),對懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于能