金属铝板弯折疲劳积累的Lamb波无损检测研究

摘要

7050铝合金板是飞机机翼蒙皮的常用材料。这些结构件服役条件极其恶劣，外力冲击形变、循环载荷疲劳等损伤不可避免，尤其是固定蒙皮的铆钉孔裂纹扩展带来的损伤，使飞行器的安全和寿命受到极大挑战。本文采用基于压电陶瓷片的主动Lamb波结构健康检测系统探究该类损伤的无损识别，主要内容有：
　　一、本文探究了La mb波的基本理论与传播特性。从La mb波的基本特性入手，用二分迭代法求解Rayle igh-La mb方程，得到理想条件下的相速度和群速度频散曲线。然后以表面剪切应力模型推导并绘制振幅曲线。结合具体实验条件，选择汉宁窗加载的5周期正弦波作为损伤检测的激励信号。本文选用特征波包相对峰值的递减规律来判别损伤情况。
　　二、本文搭建了基于主动Lamb波结构健康检测平台，着重优化了传感器的布设、加工、粘接工艺。实际测量Lamb波的频率响应，拟合、修正了理想条件下的频散曲线和振幅曲线。然后使用均值滤波、取自相关去噪、波形对比法、传播时间法和特征波包频谱分析等方法提取特征信号。
　　三、本文针对7050铝合金薄板的冲击弯折形变、反复疲劳积累、孔洞缺陷和铆钉孔疲劳裂纹等四种损伤情况进行主动La mb波损伤探测。直接透射S0波包峰值幅度的递减规律可以判定试件所受应力情况；特征波包幅值出现骤减标志着试件出现疲劳微裂纹；通孔直径的增大会使直接透射波包幅值减小，反射波包幅值增大。我们选定的Lamb波特征波包幅值的相对变化可以有效识别试件的损伤情况。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1 . 2 Lamb波无损监测技术的国内外研究现状

1 . 3 Lamb波无损监测技术的信号提取

1.4 全文的结构安排及主要内容

第二章 Lamb波传播理论及其无损检测原理

2 . 1 Lamb波的理论概述

2 . 2 Lamb波的频散曲线

2.3 S0和A0模式Lamb波的振幅曲线

2.4 激励信号的选择

2 . 5 基于峰峰值的主动Lamb波结构健康检测的损伤检测方法

2.6 本章小结

第三章 Lamb波的传播特性验证及缺陷响应实验研究

3.1 实验装置及方案

3.2 激励方式的选择

3.3 拟合频散曲线和振幅曲线

3.4 有无损伤识别的信号处理

3.5 本章小结

第四章 铝板的损伤识别

4.1 铝合金形变的识别

4.2 穿透性孔洞损伤识别

4.3 弯折疲劳识别

4.4 铆钉孔附近疲劳积累识别

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 存在不足及以后工作的展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果