智能材料结构中压电元件局部脱胶损伤特性研究

摘要

传感器与复合材料结构基体之间的局部开胶是智能结构失效的一种重要形式.脱胶损伤会导致传感器对结构动态响应的感知出现误差并影响整个结构的动态特性,从而降低了智能结构的性能甚至导致智能结构的失效.该文以表面贴有压电陶瓷元件的复合材料为试验对象对传感器局部脱胶损伤的特性进行了研究.该文首先对当前智能材料结构以及结构健康监测技术的研究状况和发展趋势进行了总结与综述,并由此得出对传感器局部脱胶损伤进行研究是非常必要的结论.其次,介绍了有限元分析法、试验模态分析法和黄氏变换(HHT)的原理,为后面的试验分析奠定了理论基础.再次,采用压电元件做传感器的复合材料悬臂梁结构为试验对象,利用模态分析、HHT变换的方法,对压电元件与复合材料之间的脱胶损伤对结构动态特性的影响进行试验研究.研究结果表明,传感器局部开胶对结构的瞬时频率和模态频率以及阻尼比均有明显的影响.与模态分析方法相比,HHT分析的结果准确稳定,变化趋势清晰明显而且具有明显的物理含义.最后,对含有脱胶损伤的平板型结构也进行了初步的试验研究.对其表面粘贴的含有脱胶损伤的压电传感器响应信号进行了时域、频域的分析.试验结果表明,脱胶损伤对响应信号的幅值和主频点以及主频点的幅值均有影响.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1 智能材料结构的发展和应用现状

1.2 智能材料结构中的压电元件

1.3智能材料结构中压电元件局部脱胶问题的提出

1.3.1结构健康监测技术概念

1.3.2压电元件局部脱胶问题的提出

1.3.3压电元件局部脱胶特性研究方法

1.4本文的主要内容

第二章模态分析原理及HHT变换原理

2.1试验模态分析技术概述

2.1.1模态分析测试技术的目的和分类

2.1.2试验模态分析频域法

2.1.3脉冲激励测试技术(锤击试验)

2.1.4试验模态分析的试验过程

2.2 LMS CADA-X模态分析软件简介

2.3模态分析技术中的有限元方法

2.3.1压电材料的有限元分析方法

2.4 ANSYS简介

2.4.1 ANSYS软件功能

2.4.2 ANSYS中表面粘贴有压电元件的复合材料结构的分析

2.5 HHT变换原理

2.5.1 HHT变换概述

2.5.2 EMD方法和Hilbert变换

2.6本章小结

第三章悬臂梁结构中压电元件局部脱胶特性研究

3.1局部脱胶特性的有限元分析

3.1.1试件的ANSYS建模与求解

3.1.2 FEM计算结果分析

3.2局部脱胶特性的试验模态分析

3.2.1试验件及试验系统组成

3.2.2模态测试试验

3.2.3试验结果分析

3.3脱胶损伤的HHT分析

3.4本章小结

第四章平板结构中压电元件局部脱胶特性研究

4.1试验系统组成及试验过程

4.1.1试验件及试验系统组成

4.1.2实验过程

4.2试验结果与分析

4.2.1时域结果与分析

4.2.2频域结果与分析

4.3本章小结

第五章总结

5.1研究结论

5.2有待进一步研究的问题

附录

致谢

在学期间的主要研究成果

参考文献