复合材料结构损伤的非线性Lamb波评估方法研究

作     者：冯瑶 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王强

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：非线性Lamb波 S0模态 特征参数 裂纹损伤 

摘      要：在现代工程中,复合材料已广泛应用于各个领域。由于其对外来物体冲击的敏感性,在不适当的使用或者恶劣的环境中,复合材料可能会遭受各种形式的不可见且难以识别的损伤,这些都要求对复合材料中的损伤有早期的认识。传统的线性Lamb波对于微小损伤的敏感度较低,已经难以满足对于损伤监测的要求。本文在研究非线性Lamb波传播理论的基础上,以环氧树脂复合材料板为研究对象,研究了非线性Lamb波在复合材料损伤监测上的应用。本文的具体工作内容如下:（1）介绍了结构健康监测的概念及其具体内容,并论述了Lamb波监测方法和非线性Lamb在结构健康监测上的应用,在此基础上阐述了Lamb波在国内外的研究现状,给出了本文的研究内容及意义。（2）理论上研究了非线性Lamb波的传播规律及特性,分析了二次谐波产生来源,接着给出了产生累积二次谐波所必须具备的两个条件,最后给出了Lamb波的激励和传感方法。（3）研究了非线性Lamb波的损伤监测机理,推导了非线性特征参数的计算公式,使其可以定量表征材料的非线性程度。最后利用均值滤波以及频域信号分析方法,对信号进行处理,以便获取信号的基波与二次谐波幅值。（4）研究了非线性Lamb波对于损伤的敏感性。利用S0模态Lamb波对损伤进行研究,研究结果表明,非线性Lamb波对于结构中的微损伤具有较好的敏感性,当结构出现损伤时,非线性特征参数值会明显增大,同时,当损伤程度逐步加深时,非线性特征参数值也会越来越大,这为下一步的损伤定位做了基础工作。（5）基于传感器网络,研究了裂纹损伤结构上一维和二维平面内的定位问题。研究结果发现,损伤的位置和非线性特征参数之间存在一定的对应关系,证明了非线性Lamb波技术可以用于微损伤的监测和评估。