金屬梁結構表面微損傷評價的譜元數(shù)值模型.pdf

1、基于壓電雙向耦合效應，建立壓電晶片驅(qū)動/傳感與金屬梁耦合系統(tǒng)的譜有限元損傷數(shù)值模型。數(shù)值模擬研究了壓電晶片/梁耦合系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)、瞬態(tài)導波產(chǎn)生/傳播及機電阻抗特性，分析梁結構中導波與損傷的相互作用，利用瞬態(tài)超聲導波的傳播特征確定損傷的位置;而在穩(wěn)態(tài)條件下提取機電阻抗信號，根據(jù)共振峰的頻率偏移量值進行損傷評估。數(shù)值模擬研究為設計優(yōu)化實驗方案及實際的損傷檢測提供理論依據(jù)。
　　模型假設金屬基梁采用Timoshenko梁理論，而壓電

2、晶片采用Euler-Bernoulli梁理論及一維壓電雙向耦合理論，基于哈密頓原理得到壓電晶片/梁耦合單元的時域動力學控制方程和邊界條件。進而對方程進行傅里葉變換，建立壓電晶片/梁耦合單元的譜有限元數(shù)值模型。譜有限元方法采用波的精確解構造形函數(shù)，與有限元法（形函數(shù)為多項式插值函數(shù)）相比既提高了計算的速度又保證了計算的精度。
　　瞬態(tài)超聲導波與損傷的相互作用研究。采用兩種方法分析:一是將損傷部分單獨分為一個單元，然后采用有限元單元組

3、裝方法構建系統(tǒng)的剛度矩陣并求解;另一種是基于擾動思想，將損傷等效為次級聲源，并通過譜有限元法得到該次級聲源的等效力。針對兩種方法進行數(shù)值模擬研究，相互驗證。基于譜有限元數(shù)值模型，研究壓電晶片驅(qū)動/傳感/梁耦合系統(tǒng)的頻率響應、瞬態(tài)導波傳播，分析結構損傷與導波的相互作用及波的模態(tài)轉(zhuǎn)換。
　　在穩(wěn)態(tài)條件下提取機電阻抗信號，根據(jù)共振峰的頻率偏移量進行損傷評估。首先對無損傷的壓電晶片/梁耦合系統(tǒng)，將譜有限元法的導納與有限元結果比較，在低頻率