基于模態(tài)柔度曲率矩陣的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)脫層損傷識別研究.pdf

1、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已經(jīng)普及到航空、汽車等范疇。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，主要的損傷形式是層間分層以及層內(nèi)基體開裂，且損傷并不出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)外表面而在內(nèi)部，并且不易觀察到。因此，研究一種有效的檢測復(fù)合材料脫層損傷的方法是非常有意義的。復(fù)合材料脫層損傷肯定會引起結(jié)構(gòu)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(nèi)容如下：
　　(1)基于振動理論構(gòu)建復(fù)合材料構(gòu)件柔度矩陣，結(jié)合具體構(gòu)件形狀建立合適的柔度

2、曲率矩陣計算方法，分別將對應(yīng)柔度曲率矩陣應(yīng)用于不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料脫層損傷檢測，研究表明應(yīng)用此方法可以精確識別一維以及二維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(fù)合材料梁。采用實驗研究方法測出模態(tài)振型，求解得到構(gòu)件的固有頻率;利用有限元軟件ANSYS建立與實驗相對應(yīng)的復(fù)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(biāo)可精確判定損傷的位置和大小。
　　(3)通過有限元軟件ANSYS構(gòu)建復(fù)合材料層合板以及圓筒結(jié)構(gòu)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(fù)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(biāo)，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(jié)構(gòu)，對柔度矩陣分