损伤复合材料梁结构中兰姆波的反射与透射研究

【摘要】： 随着兰姆波技术在航空航天以及大型土木工程领域内结构健康监测中的广泛应用,研究兰姆波在损伤结构中的传播机理变得极为迫切。 本文首先深入研究了兰姆波在无损结构中的传播问题,利用高阶梁理论和弹性梁理论建立了兰姆波在复合材料层合梁结构中的波动模型,从而求得其弥散关系,并将两种理论结果进行比较。结果表明:对于常用的低阶模态(如A0,S0模态),高阶梁理论结果与弹性梁理论结果非常吻合;对于较高阶模态(如A1,S1等模态),在相对低频范围内两种理论结果也非常接近。 在此基础上,本文提出了含有损伤梁结构的波动模型。主要研究了不均质和分层两类损伤形式。兰姆波在传播到损伤位置处会发生反射和透射,以及模态转换现象。对于不均质损伤,研究了不同损伤程度对反射和透射系数的影响规律;对于分层损伤,考虑两种极端分层条件:表面无接触压力(张开分层)和表面完全接触(闭合分层),研究了这两种条件下不同分层位置对反射和透射系数的影响规律。 此外,本文还进一步提出了能量流的观点,以标量的形式描述兰姆波的能量反射和透射以及模态转换随损伤程度(位置)的变化规律。同时,对各类损伤情况下的兰姆波传播进行了有限元模拟,仿真结果与理论分析非常一致,验证了本文提出理论的正确性,从而为应力波主动监测技术提供了理论依据。