复合材料层合板分层损伤动态检测方法

２０１７远东无损检测新技术论坛论文精选

２０１７年第３９卷第１１期一

收稿日期:２０１７-０６-２５

基金项目:国家自然科学基金资助项目(１１５０２２３９,５１２７７１３９)

;河南省高等学校重点科研资助项目(１６A１３０００６)

;郑州轻工业学院２０１４博士基金资助项目(２０１４BSJJ００１)

作者简介:田淑侠(１９８４－),女,博士,讲师,主要研究方向为机械结构动态损伤识别方法二机械结构动静力学分析

通信作者:田淑侠,２０１３０７１＠zzuli．edu．cn

DOI :１０．１１９７３/ws j c２０１７１１００２

复合材料层合板分层损伤动态检测方法

田淑侠,王双双,王胜永,樊江磊,张德海,杜文辽

(郑州轻工业学院机电工程学院,郑州４５０００２)

摘一要:针对复合材料层合板在加工二服役过程中经常发生分层损伤的问题,提出了基于曲率

模态参数的损伤评价方法.运用有限元理论对层合板不同损伤状态下的振动特性进行数值模拟;再基于计算所得参数,运用中心差分法分别计算其均布载荷的曲面值曲率和振型曲率;最后将此曲率参数与未损伤模型参数作差分以辨别损伤.数值计算结果表明,运用均布载荷的曲面值曲率和振型曲率均可有效识别损伤位置和损伤数量,且损伤所处层的位置会影响损伤识别指标的大小.

关键词:复合材料层合板;分层损伤;均布载荷曲面值曲率;振型曲率

一一中图分类号:TG１１５．２８一一一文献标志码:A一一一文章编号:１０００-６６５６(２０１７)１１-０００７-０５

D y namic Detection Method of Delamination Dama g e for Com p osite Laminates

TIAN Shuxia ,WANG Shuan g shuan g ,WANG Shen gy on g ,FAN Jian g lei ,ZHANG Dehai ,DU Wenliao

(School of Mechanical En g ineerin g ,Zhen g zhou Universit y of Li g ht Industr y ,Zhen g zhou ４５０００２,China )

Abstract :In this p a p er ,a method of dama g e evaluation based on curvature modal p arameters was p ro p osed to

detect delamination defects of the com p osite laminates caused durin g the p rocessin g or service p rocess．Firstl y ,

based on the finite element method ,the vibration behavior of the com p osite laminates was simulated for delamination dama g es of different locations and dama g e de g ree．Then ,the central difference method was used to calculate the uniform load surface (ULS )curvature and mode curvature res p ectivel y ．Based on the curvature

p arameter ,the delamination defect can be identified b y usin g difference method．

Number of numerical results show that the delamination defects can be detected effectivel y in the com p osite laminate from vibration si g nals b y usin g the

ULS curvature and mode curvature ,and the size of dama g e identification index will be affected b y the location of dama g e in different la y ers．

Ke y words :com p osite laminate ;delamination defect ;uniform load surface curvature ;mode curvature

一一复合材料作为超轻多孔材料的一种,

具有相对密度小二高比强二高比刚二高强韧二耐撞击二高效散热隔热等优良性能,而且在延展性以及隔音二减震等方面的性能更加优越.因此复合材料被广泛应用于各大工程领域,尤其在航天航空二高速列车二交通运输

等领域[

１-５]

.复合材料层合板可由相同材料或不同材料通过

一定的物理或化学方法结合而成.其层与层之间的结合部位容易发生损伤,通常结合部位的损伤可分为两大类:①结合部位裂纹;②层与层之间由于脱粘而发生的损伤(即分层损伤)

.其中层间分层损伤是最常见也最主要的损伤类型,结构发生分层损伤后会使结构整体强度下降,进而影响构件在服役过

程中的安全性[６]

.尤其是航天航空二高速列车等交

通运输领域的复合材料结构件在服役过程中,其关键构件的失效将可能导致灾难性的事故发生.若能及时预见损伤并采取有效措施可减小甚至避免损失.因此,无损检测对于复合材料重要结构在制备和服役过程中的安全评定具有重要意义.

目前,基于振动特性识别层合板分层损伤的研究并不多,对于多层层合板的损伤识别研究更是欠

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