金屬梁結(jié)構(gòu)表面微損傷評(píng)價(jià)的譜元數(shù)值模型.pdf

1、基于壓電雙向耦合效應(yīng)，建立壓電晶片驅(qū)動(dòng)/傳感與金屬梁耦合系統(tǒng)的譜有限元損傷數(shù)值模型。數(shù)值模擬研究了壓電晶片/梁耦合系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)、瞬態(tài)導(dǎo)波產(chǎn)生/傳播及機(jī)電阻抗特性，分析梁結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波與損傷的相互作用，利用瞬態(tài)超聲導(dǎo)波的傳播特征確定損傷的位置;而在穩(wěn)態(tài)條件下提取機(jī)電阻抗信號(hào)，根據(jù)共振峰的頻率偏移量值進(jìn)行損傷評(píng)估。數(shù)值模擬研究為設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)際的損傷檢測(cè)提供理論依據(jù)。
　　模型假設(shè)金屬基梁采用Timoshenko梁理論，而壓電

2、晶片采用Euler-Bernoulli梁理論及一維壓電雙向耦合理論，基于哈密頓原理得到壓電晶片/梁耦合單元的時(shí)域動(dòng)力學(xué)控制方程和邊界條件。進(jìn)而對(duì)方程進(jìn)行傅里葉變換，建立壓電晶片/梁耦合單元的譜有限元數(shù)值模型。譜有限元方法采用波的精確解構(gòu)造形函數(shù)，與有限元法（形函數(shù)為多項(xiàng)式插值函數(shù)）相比既提高了計(jì)算的速度又保證了計(jì)算的精度。
　　瞬態(tài)超聲導(dǎo)波與損傷的相互作用研究。采用兩種方法分析:一是將損傷部分單獨(dú)分為一個(gè)單元，然后采用有限元單元組

3、裝方法構(gòu)建系統(tǒng)的剛度矩陣并求解;另一種是基于擾動(dòng)思想，將損傷等效為次級(jí)聲源，并通過(guò)譜有限元法得到該次級(jí)聲源的等效力。針對(duì)兩種方法進(jìn)行數(shù)值模擬研究，相互驗(yàn)證。基于譜有限元數(shù)值模型，研究壓電晶片驅(qū)動(dòng)/傳感/梁耦合系統(tǒng)的頻率響應(yīng)、瞬態(tài)導(dǎo)波傳播，分析結(jié)構(gòu)損傷與導(dǎo)波的相互作用及波的模態(tài)轉(zhuǎn)換。
　　在穩(wěn)態(tài)條件下提取機(jī)電阻抗信號(hào)，根據(jù)共振峰的頻率偏移量進(jìn)行損傷評(píng)估。首先對(duì)無(wú)損傷的壓電晶片/梁耦合系統(tǒng)，將譜有限元法的導(dǎo)納與有限元結(jié)果比較，在低頻率