基于Lamb波关联维数的复合材料板脱层损伤检测研究

摘要

随着航天国防等重要领域对复合材料使用需求的不断增长，复合材料内部的损伤检测技术也越来越受到广泛关注。复合材料脱层缺陷作为复合材料层合板最主要的破坏形式，严重威胁着复合材料的安全使用。由于 Lamb波传播过程中衰减较小，对板材内部的微小损伤非常敏感，因此，基于 Lamb波的损伤检测技术适用于大面积的航空航天复合材料的损伤检测。本文以复合材料层合板内部脱层缺陷为研究对象，分析了 Lamb波在复合材料板中的传播特性并进行了有限元仿真，利用采集信号的关联维数对脱层缺陷进行识别，并结合概率成像算法实现了板内脱层损伤的可视化成像。
　　本文首先根据 Lamb波在各向同性和各向异性材料中传播的理论方程，绘制了Lamb波在复合材料层合板中传播时的频散曲线,优化了Lamb波激励信号的选择和PZT传感器在复合材料板上的布置方案。对分形理论的基本原理做了简要介绍，对比了几种常用的分形维数，并着重阐述其中关联维数的求解方法。针对信号微弱和反射波包混叠的问题，采用一种改进的基于群速度频散曲线的缺陷波包信号段提取方法，提高了数据分析的目的性和准确性。
　　利用ABAQUS有限元分析软件建立复合材料层合板模型及其内部脱层缺陷，并修正了理论群速度曲线和缺陷波包信号段提取算法的参数。提取损伤前后采集信号的关联维数作为定义损伤指标的特征参数，实现了复合材料层合板内部脱层缺陷的定位成像。对比在有限元模型中设置不同大小与深度的脱层缺陷时，采集信号关联维数的变化情况。在模拟噪声及实验噪声环境下分析了本文采用的关联维数作为损伤指标算法的抗噪性能。

目录

1 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2 复合材料脱层缺陷

1.3 Lamb波损伤识别参数与成像技术国内外研究概况

1.4 本文主要研究内容

2 超声Lamb波理论与传播特性

2.1 Lamb波在各向异性材料中的传播

2.2 Lamb波的激励与采集

2.3 本章小结

3 分形概念及关联维数算法

3.1 分形理论简介

3.2 关联维数的算法

3.3 Lamb波仿真信号的关联维数计算

3.4 本章小结

4 概率损伤定位成像算法

4.1 Lamb波有限元传播模型建立

4.2 概率成像算法

4.3 数值仿真

4.4 本章小结

5 脱层损伤评估

5.1 损伤程度分析

5.2关联维数损伤指标的抗噪性能分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录