基于时域响应的金属点阵夹层板损伤识别研究

【摘要】：近年来,在航空航天和海洋工程等领域中,复杂空间结构应用日益广泛,对于大型结构而言,一旦出现严重损伤问题则导致结构性能退化或失效,会造成灾难性事故,后果非常严重。在其服役过程中,如果不能对结构的损伤情况及其发展趋势进行长期的实时监测,就很难找出损伤的真正原因,更难以及时找到和解决结构的隐患。因此研究并发展结构健康监测技术,及时发现并消除结构的安全隐患,对保证结构的安全运行具有重要的意义。点阵结构由于其优秀的综合力学性能,近年来广泛应用于多种领域,但由于制备工艺上的缺陷以及使用中的损耗而时常导致其出现肉眼无法识别的损伤。随着结构损伤识别技术的逐步发展,国内外研究人员提出了多种损伤识别的方法,并通过理论分析模型及实验进行了验证。针对点阵夹层板损伤识别的问题,本文提出了一种基于模态功率的时域响应振动损伤识别方法,并通过数值模拟和振动实验验证了该方法的有效性,同时研究了点阵夹层板损伤在热环境下的损伤识别问题,并也通过数值仿真和热实验验证了热环境对固有频率以及损伤识别效果的影响。在本文的损伤识别方法中,为了抑制边界条件和接触节点等引起的波动,采用Teager能量算子(TEO)的方法进行处理;采用小波变换方法处理数据,提高损伤识别的精确度。针对点阵夹层板的单处损伤和多处损伤问题,本文采用数值仿真对该识别方法进行了验证。在验证实验中,应用多普勒激光测振仪获得点阵夹层板的时域位移,再用本文中的损伤识别方法将其处理得到结果进行对比,验证了该方法的可靠性。由于该方法的参数过多,许多因素可能会影响所提出方法的有效性,包括激励位置,激励频率,采样频率,边界条件以及小波的选择,故在数值仿真中讨论了以上因素对该方法对损伤识别的影响。本文还讨论了热环境对该损伤识别方法及模态分析的影响,包括热应力和模量对模态功率、损伤识别效果和固有频率的影响等。最后通过热环境实验,对比分析在常温条件和热环境条件下的测试数据结果,验证了该识别方法在热环境下的有效性。并讨论了温度差对模态功率以及损伤识别效果的影响。