飞行器桁条结构中超声导波传播特性研究

摘要

飞行器桁条作为飞行器结构主要承力构件之一，除承受轴向载荷外，桁条结构也承受低温引起的应力和疲劳载荷等，对其结构状态进行监测是保障结构完整性的重要措施。超声导波检测技术具有检测距离长、效率高、成本低等优势，已广泛应用于管道、板材和钢轨等的无损检测中。然而，飞行器桁条截面复杂，其导波传播特性研究面临挑战。这一问题的解决对于实现飞行器桁条结构状态监测具有重要意义。
　　为研究飞行器桁条中超声导波传播特性，本文完成了以下工作：
　　(1)调研并阐述了国内外超声导波检测技术的研究现状，对异型结构中导波传播问题研究进展进行了总结分析；介绍了超声导波传播理论，以及板中Lamb波和管中导波传播特性相关理论，提出了应用半解析有限元法求解飞行器桁条中超声导波传播特性。
　　(2)运用数学软件MATLAB，结合超声导波传播理论，自主研究并编程实现了半解析有限元算法，求解得到了桁条和钢轨中超声导波传播频散曲线和各模态导波振型，并结合超声导波传播理论分析了四种典型飞行器桁条中导波传播的多模态和频散特性。
　　(3)分析了网格尺寸引起的数值频散对半解析有限元法求解飞行器桁条频散曲线的影响；定性讨论了其他参数不变的情况下，材料参数、几何尺寸对飞行器桁条中超声导波传播特性的影响。
　　(4)研究了适于导波检测的频率和模态，运用有限元软件ABAQUS仿真分析了导波在飞行器桁条中的传播过程，并通过实验验证了飞行器桁条中超声导波的传播理论的正确性。
　　本文研究工作从理论、仿真和实验全面分析了导波在飞行器桁条中的传播特性，为超声导波检测在飞行器桁条中的应用奠定了理论基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 小结

2 超声导波传播理论

2.1 引言

2.2 超声导波传播特性

2.3 Lamb波传播频散方程

2.4 管中导波传播频散方程

2.5 异型截面结构中导波传播

2.6 小结

3 基于SAFE的异型截面波导中超声导波传播特性分析

3.1 引言

3.2 半解析有限元

3.3 频散曲线与波结构

3.4 理论验证

3.5 小结

4 飞行器桁条中超声导波及其影响因素分析

4.1 引言

4.2 典型飞行器桁条中导波传播频散特性

4.3 网格尺寸的影响

4.4 材料参数的影响

4.5 几何尺寸的影响

4.6 小结

5 飞行器桁条中超声导波传播特性的仿真分析和实验研究

5.1 引言

5.2 频率与模态选择

5.3 数值仿真

5.4 实验研究

5.5 小结

6 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢