復(fù)合層疊材料層裂損傷的譜元數(shù)值模型與分析.pdf

1、針對正交各向異性層疊復(fù)合梁損傷評價的需求，基于譜有限元法(SFEM)，建立了壓電晶片驅(qū)動/傳感與正交各向異性層疊復(fù)合梁耦合的超聲導(dǎo)波的譜有限元數(shù)值模型。數(shù)值模擬研究了耦合系統(tǒng)的超聲導(dǎo)波的激發(fā)/接收、超聲導(dǎo)波在各向異性復(fù)合層疊材料中的傳播特性，進(jìn)而分析導(dǎo)波與損傷的相互作用，提出損傷評價方法，為實(shí)驗(yàn)檢測復(fù)合層疊材料中的層裂損傷提供理論依據(jù)。
　　復(fù)合梁采用鐵木辛柯梁理論、壓電晶片采用歐拉伯努利梁理論，利用哈密頓原理得到壓電晶片（驅(qū)動/

2、傳感）/梁耦合系統(tǒng)的時域運(yùn)動控制方程和邊界條件，通過快速傅里葉變換將耦合運(yùn)動控制方程轉(zhuǎn)換至頻域得到譜有限元數(shù)值模型。數(shù)值模擬得到了波矢量、群速度、相速度和瞬態(tài)波形，分析研究了復(fù)合梁層疊順序、材料厚度對導(dǎo)波色散特性的影響。并得到了A0傳播模態(tài)波和S0傳播模態(tài)波的動態(tài)位移。與有限元分析結(jié)果比較，數(shù)值結(jié)果表明譜元模型能夠精確分析復(fù)合粱中超聲導(dǎo)波的傳播特征且計(jì)算效率高。
　　將損傷梁單元沿脫層分為四個規(guī)則形狀的小梁單元，利用各單元節(jié)點(diǎn)間的

3、關(guān)聯(lián)以及界面力的平衡條件，以此構(gòu)建層裂梁的譜單元，并通過剛度矩陣縮合法得到含損傷梁單元的動態(tài)剛度矩陣。基于復(fù)合層疊材料的譜有限元模型，利用壓電晶片激發(fā)超聲導(dǎo)波，對導(dǎo)波與層裂損傷的相互作用進(jìn)行了分析研究，包括不同長度、不同位置的層裂對導(dǎo)波產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明導(dǎo)波在損傷處會產(chǎn)生反射，并且反射信號到達(dá)壓電傳感器的時間和幅值與損傷的位置及長度有關(guān)。并基于Matlab計(jì)算平臺開發(fā)復(fù)合層疊梁/超聲導(dǎo)波的計(jì)算軟件。為各向異性材料的力學(xué)評價、損傷檢測提