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