基于压电阻抗技术的层合板损伤检测数值分析和实验研究

摘要

复合材料因其优良特性，如较高的比强度和比刚度以及良好的热稳定性、抗疲劳性和耐腐蚀性，在航空航天等领域得到了广泛的应用。复合材料结构在其成型以及使用过程中，由于受到各种工艺和工作环境的影响，往往会产生诸多的缺陷和损伤，这将严重影响复合材料结构的整体性能。鉴于此种情况，复合材料损伤检测技术已成为复合材料技术研究的重要方向。本文主要针对压电阻抗技术在复合材料层合板损伤检测方面的应用进行了研究。
　　首先，本文对复合材料力学知识和压电阻抗技术进行了相关理论介绍和分析，得出了PZT-结构耦合系统中PZT电阻抗与结构机械阻抗之间的关系，分析了影响 PZT耦合电导纳的因素，为压电阻抗技术进行结构损伤检测提供了理论依据。
　　其次，利用有限元软件ANSYS对基于压电阻抗技术的复合材料层合板损伤检测进行了数值分析。建立了层合板损伤检测三维有限元模型，分别建立了双压电片检测系统和三压电片检测系统模型，对不同损伤工况下各压电片的电导曲线进行了对比，分析了结构损伤对压电片的影响，并结合互相关系数的损伤判定准则对结构损伤进行了判定和评估。通过有限元分析的方法从理论上验证了压电阻抗技术对复合材料层合板进行损伤检测的有效性和可行性，为后续的实验提供了重要的参考价值。
　　最后，利用精密阻抗分析仪WK6500B对复合材料层合板进行了损伤检测实验研究。在数值分析的基础上，对含有不同位置和程度损伤的层合板进行了损伤检测，通过对不同工况下电导曲线的对比和分析，验证了实验分析结论和数值分析结论具有一致性，也验证了压电阻抗法能够成功检测出复合材料层合板损伤的情况。同时，对层合板损伤进行定位分析与研究，验证了采用分布式压电片进行损伤检测可以对结构损伤进行初步定位。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 压电阻抗技术与传统检测技术的比较

1.3 压电阻抗技术的国内外研究现状

1.4 本文的主要内容

2 基于压电阻抗技术的复合材料损伤检测的基本理论

2.1 引言

2.2 复合材料力学理论

2.3 压电阻抗技术的基础理论

2.4 本章小结

3 基于压电阻抗技术的层合板损伤检测的数值分析

3.1 有限元软件ANSYS的概述

3.2 ANSYS中的压电分析

3.3 层合板损伤检测三维有限元分析

3.4 本章小结

4 基于压电阻抗技术的层合板损伤检测的实验研究

4.1 实验目的

4.2 压电阻抗法的实验设备与材料

4.3 实验方案设计

4.4 自由压电片的测试

4.5 双压电片检测实验分析

4.6 三压电片检测实验分析

4.7 层合板损伤定位研究

4.8 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢