基于位移测量的层压板低速冲击性能分析和小质量冲击试验方法研究

摘要

在层压板落重冲击试验中，通过高速激光位移传感器测量冲击点背部位移和速度。结果显示，结构受冲击发生分层时，由于板刚度的突降，冲击点速度出现剧烈震荡，该现象可以作为结构出现分层损伤的识别特征。基于弹簧-质量模型，用冲击点位移计算冲击接触力，弹簧-质量模型参数由无损的冲击实验标定。模拟有损伤冲击过程的接触力，利用冲击点速度响应判定分层产生时刻，根据模拟结果得出分层阈值力。根据无损检测结果进行板抗弯刚度的折减，使用弹簧-质量模型计算产生冲击损伤后的接触力及能量吸收曲线，计算结果与试验结果吻合。使用冲头和冲击点背部位移计算凹坑的实时深度，其随冲击能量的变化趋势与冲击后测试的凹坑深度变化一致。所提出的基于非接触测量技术的方法可用于无法直接测量接触力情况下的层压板冲击性能分析。
　　设计摇臂式小质量冲击试验机，试验机由冲击组件、标尺组件和底座组件组成，通过扭转弹簧压缩变形提供冲击能量，驱动摇臂和冲头运动，使复合材料层压板受到面外冲击，冲击能量为0~3J。利用小质量冲击试验机进行冲击试验，分别用冲头冲击力传感器、钢板和复合材料层压板，利用数据采集设备分别测量并记录冲头轴向应变响应信号和力传感器信号。冲击力传感器时，由冲头应变响应得到的接触力与力传感器测得的接触力，周期相同，幅值相近。冲击钢板时，利用冲头应变响应计算冲击接触力，得到的接触力与有限元仿真结果一致。这种实验方法可用于结构小质量冲击研究。

目录

第一章 绪论

1.1课题背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作

第二章 基本理论

2.1低速冲击

2.2小质量冲击响应

2.3冲击分层损伤模型

2.4冲击接触力与吸收能量计算

2.5冲击分层损伤数值模拟

2.6本章小结

第三章 基于非接触位移测量的低速冲击性能分析

3.1低速冲击试验

3.2冲击响应特性分析

3.3冲击吸收能量分析

3.4本章小结

第四章 基于冲头应变响应的小质量冲击性能分析

4.1小质量冲击设备研制

4.2小质量冲击试验

4.3试验结果分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1主要工作与结论

5.2研究展望

参考文献

附录1 双自由度弹簧-质量模型的龙格-库塔法表达式

附录2 小质量冲击方程求解程序

附录3 低速冲击双自由度弹簧-质量模型求解程序

附录4 低速冲击单自由度弹簧-质量模型求解程序

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

攻读硕士学位期间申请的专利

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