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海军工程大学学报 2021年第5期33卷 45-51页

作者：朱龙翔王悦民孔光明李小丽段刚海军航空大学青岛校区山东青岛266041 海军工程大学动力工程学院武汉430033

为了分析管道中导波传播特性,首先使用半解析有限元法,推导出了圆柱坐标系下管道中弹性导波传播的特征值方程,对特征值方程求解特征值,计算出了圆形管道中导波频散曲线,并通过实验对计算结果进行了验证;然后,计算得到了L(0,2)、T(0,1)、... 详细信息

为了分析管道中导波传播特性,首先使用半解析有限元法,推导出了圆柱坐标系下管道中弹性导波传播的特征值方程,对特征值方程求解特征值,计算出了圆形管道中导波频散曲线,并通过实验对计算结果进行了验证;然后,计算得到了L(0,2)、T(0,1)、F(1,1)三种导波模态下管道截面的位移分布及截面变形特征图,计算结果可以有效直观地反映各导波模态的振动特征;最后,对L(0,2)、T(0,1)两种模态下管道截面上的能流密度分布进行了计算,结合ANSYS数值模拟分析发现,T(0,1)、L(0,2)导波对管道内、外壁处缺陷的检测能力与能流密度分布密切相关,缺陷检测信号的幅值比与能流密度比具有较高的一致性。

关键词：半解析有限元法导波传播特性能流密度

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热防护结构导波传播特性及烧蚀监测研究

热防护结构导波传播特性及烧蚀监测研究

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作者：卢绪龙南京航空航天大学

学位级别：硕士

可重复使用飞行器是一种能够在大气层、临近空间和地球低轨道之间往返飞行的先进新型空天飞行器。热防护结构作为可重复使用飞行器设计与制造的关键组成部分,面对再入过程中气动加热环境,其发生故障的概率比一般结构高得多,为实现可重... 详细信息

可重复使用飞行器是一种能够在大气层、临近空间和地球低轨道之间往返飞行的先进新型空天飞行器。热防护结构作为可重复使用飞行器设计与制造的关键组成部分,面对再入过程中气动加热环境,其发生故障的概率比一般结构高得多,为实现可重复使用飞行器的高可靠性和易维护性,亟需发展可实现快速诊断能力的热防护结构健康监测方法。本文面向可重复使用飞行器典型防隔热、耐高温热防护结构的健康监测,探索并研究了压电导波结构健康监测方法,主要研究内容及创新如下:1)研究了导波监测理论,针对耐烧蚀C/C复合材料和防隔热性能良好的陶瓷基复合材料制备的两种典型热防护结构开展导波监测实验,研究了导波在两种典型热防护结构中的多模式和频散等传播特性,验证了两种典型防隔热、耐高温热防护结构中导波监测方法的可行性。2)研究了典型热防护结构烧蚀损伤制造方法及烧蚀导波监测方法,结合热防护结构的烧蚀实验需求,确定了氧-乙炔烧蚀实验方法,基于主动压电导波的结构健康监测方法,建立了面向可重复使用飞行器典型防隔热、耐高温热防护结构的导波烧蚀监测研究试验系统。3)针对耐烧蚀C/C复合材料和防隔热性能良好的陶瓷基复合材料制备的两种典型热防护结构开展了烧蚀损伤导波监测方法研究,研究并分析了烧蚀损伤对导波传播特性的影响,提出了表征烧蚀损伤程度的导波损伤因子及导波损伤成像方法,通过实验验证了方法有效性。

关键词：可重复使用飞行器热防护结构 C/C复合材料陶瓷基复合材料导波传播特性烧蚀监测

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基于超声导波的方钢管损伤识别研究

基于超声导波的方钢管损伤识别研究

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作者：俞磊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着方钢管结构在建筑和土木工程机械中的广泛应用,方钢管的检测对于确保这些建筑和机械的安全变得越来越重要。然而,目前最常用的传统超声检测方法检测效率较低。基于该现状,本文将超声导波的检测技术应用到方钢管的检测中来,通过数值... 详细信息

随着方钢管结构在建筑和土木工程机械中的广泛应用,方钢管的检测对于确保这些建筑和机械的安全变得越来越重要。然而,目前最常用的传统超声检测方法检测效率较低。基于该现状,本文将超声导波的检测技术应用到方钢管的检测中来,通过数值模拟和试验研究相结合的方法进行方钢管中的损伤识别研究,主要研究内容有:首先,利用半解析有限元法推导了方钢管结构的频散方程,将其频散曲线与板和圆管结构对比,分析了方钢管中导波模态随频率的变化关系;同时也分析了截面尺寸对方钢管中导波频散特性的影响;确定了导波前两阶模态作为激励模态,为后续的数值模拟和试验研究奠定了基础。其次,通过数值模拟和试验研究的方法探究了方钢管中导波的传播特性。综合考虑了激励方式、压电片布置形式和尺寸大小、激励频率,探究这些因素对方钢管中导波传播的影响。结果表明,长条压电片横向布置形式激励效果要优于角部激励、整周激励,方钢管中导波能量主要集中在激励面,且模态数量少;确定压电片横向布置形式作为检测的激励方式,60k Hz和70k Hz作为检测的激励频率。最后,通过数值模拟探究方钢管中的损伤对导波的作用,提出一种基于对称性分析的损伤识别方法,检测了方钢管中的圆孔损伤和裂缝损伤。研究发现,与无损状态相比,当导波传播到损伤处时,中孔和边孔处的节点幅值都明显增大,发生明显的能量集中;且中孔缺陷端部中间位置节点的缺陷回波幅值较两边大,而边孔缺陷则是边部位置节点回波幅值较大。所以可根据缺陷的位置调整压电片的位置来提高识别效果。试验结果表明,该方法能够有效识别与定位方钢管中不同类型、不同位置的损伤,且窄面损伤比宽面损伤更容易识别;损伤识别效果也会因激励频率、损伤尺寸大小、损伤位置等不同而有所差异。因此,基于超声导波的检测技术是一种有效的、有前景的方钢管检测方法。

关键词：超声导波方钢管半解析有限元法导波传播特性损伤识别

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钢绞线疲劳寿命磁致伸缩导波检测方法研究

钢绞线疲劳寿命磁致伸缩导波检测方法研究

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作者：李勇华中科技大学

学位级别：硕士

钢绞线作为桥梁缆索的主要承载构件,其疲劳损伤会导致缆索失效,造成不可估量的损失。目前对钢绞线缺陷的检测大多集中在宏观缺陷,对疲劳损伤等微观缺陷研究较少。本论文采用磁致伸缩导波检测技术对钢绞线疲劳寿命检测方法进行研究,有望... 详细信息

钢绞线作为桥梁缆索的主要承载构件,其疲劳损伤会导致缆索失效,造成不可估量的损失。目前对钢绞线缺陷的检测大多集中在宏观缺陷,对疲劳损伤等微观缺陷研究较少。本论文采用磁致伸缩导波检测技术对钢绞线疲劳寿命检测方法进行研究,有望为后续桥梁缆索的疲劳寿命检测及评估提供支持。首先,基于半解析有限元理论,研究了疲劳磨损钢绞线导波传播特性。分析了疲劳磨损钢绞线的结构特点,将钢绞线疲劳磨损过程对应到中心钢丝和外围钢丝接触宽度的变化,以此建立了半解析有限元模型。对模型进行求解得到了频散曲线,根据频散曲线对疲劳磨损钢绞线的导波传播特性进行了分析,并通过实验验证了模型的正确性。结果表明,导波在钢绞线中传播时,有V形区域和缺失频率产生,且缺失频率随钢绞线中心钢丝和外围钢丝接触宽度的增加而增大。然后,根据疲劳磨损钢绞线的传播特性,提取了钢绞线疲劳寿命磁致伸缩导波检测信号的缺失频率、非线性系数和衰减系数等特征参数。研究了缺失频率对非线性系数、衰减系数的影响,缺失频率会使得非线性系数和衰减系数发生改变,在检测时需要排除缺失频率的影响。对钢绞线进行循环加载并进行磁致伸缩导波检测实验,得到了缺失频率、非线性系数和衰减系数随循环加载次数的变化规律。最后,为了提高特征参数对钢绞线疲劳寿命检测的准确率,根据支持向量机能够解决小样本、非线性等分类和预测问题,提出了基于支持向量机的钢绞线疲劳寿命导波检测信号处理方法。利用支持向量分类方法对新钢绞线和经过循环加载钢绞线导波检测信号的特征参数进行训练和判别,实现了新钢绞线和经过循环加载钢绞线的分类。针对钢绞线循环加载过程的导波检测信号特征参数,利用支持向量回归方法对特征参数进行了训练和预测,将预测结果与实际值进行了比较,最大相对误差为1.61%。

关键词：钢绞线疲劳寿命磁致伸缩导波半解析有限元法导波传播特性缺失频率支持向量机

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基于稀疏重构的蜂窝夹层复合材料板中Lamb波传播特性估计方法

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航天器环境工程 2021年第5期38卷 514-520页

作者：高飞姬鼎丞韩潇王军伟綦磊林京北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 北京卫星环境工程研究所北京100094 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315832

针对航天器装备中蜂窝夹层复合材料板中的超声Lamb波传播特性难以准确估计的问题,提出基于导波信号稀疏表达与重构方法的传播特性曲线估计方法。首先,根据Lamb波传播的散射模型建立Lamb波在频率-波数域下的稀疏表达方程;然后,以Lamb波频... 详细信息

针对航天器装备中蜂窝夹层复合材料板中的超声Lamb波传播特性难以准确估计的问题,提出基于导波信号稀疏表达与重构方法的传播特性曲线估计方法。首先,根据Lamb波传播的散射模型建立Lamb波在频率-波数域下的稀疏表达方程;然后,以Lamb波频率-波数域表达的稀疏性为约束条件,建立基于l_(1)范数的基追踪消噪求解方法;最后,通过提取重构的导波频率-波数域表达结果脊线,可准确获取Lamb波传播的频散速度曲线。在蜂窝夹层复合材料机翼结构上进行测试实验验证的结果表明,该方法能在有限次数的测试下保证传播特性曲线的估计精度,具有较好的工程应用前景。

关键词：蜂窝夹层复合材料导波传播特性稀疏重构算法频率-波数域表达

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