基于模態(tài)柔度曲率矩陣的復合材料結構脫層損傷識別研究.pdf

1、復合材料結構的應用已經(jīng)普及到航空、汽車等范疇。在復合材料結構中，主要的損傷形式是層間分層以及層內基體開裂，且損傷并不出現(xiàn)在結構外表面而在內部，并且不易觀察到。因此，研究一種有效的檢測復合材料脫層損傷的方法是非常有意義的。復合材料脫層損傷肯定會引起結構本身的剛度（柔度）矩陣發(fā)生變化，基于模態(tài)柔度曲率的變化是一種新型的高效檢測方法。本文研究的主要內容如下：
　　(1)基于振動理論構建復合材料構件柔度矩陣，結合具體構件形狀建立合適的柔度

2、曲率矩陣計算方法，分別將對應柔度曲率矩陣應用于不同結構的復合材料脫層損傷檢測，研究表明應用此方法可以精確識別一維以及二維復合材料結構脫層損傷的位置以及大小。
　　(2)以損傷的大小、位置、層為要素分別制作無損和含脫層損傷復合材料梁。采用實驗研究方法測出模態(tài)振型，求解得到構件的固有頻率;利用有限元軟件ANSYS建立與實驗相對應的復合材料梁脫層模型，分析獲得所需模態(tài)參數(shù)。整理實驗及仿真數(shù)據(jù)獲得模態(tài)柔度曲率矩陣，對比研究發(fā)現(xiàn)，無論是單一

3、或多處脫層損傷，利用柔度曲率矩陣FDM損傷識別指標可精確判定損傷的位置和大小。
　　(3)通過有限元軟件ANSYS構建復合材料層合板以及圓筒結構單一及多處脫層損傷模型，將有限元分析所獲得的振型位移值及固有頻率等數(shù)據(jù)代入模態(tài)柔度矩陣公式可獲得復合材料層合板以及圓筒各節(jié)點柔度值。對于層合板，本文只取縱向柔度曲率矩陣FC作為損傷識別指標，研究表明，脫層層數(shù)越多，面積越大，越靠近邊界，F(xiàn)C突變越明顯，越易被檢測;對于圓筒結構，對柔度矩陣分