加筋板空间瞬时基准应力波损伤检测方法研究结题摘要

完成项目各项工作。基于压电激励Lamb波传播过程分析研究了信号扩展时域温度补偿方法，分别进行了不同温度下Lamb波传播与损伤检测的有限元数值仿真和实验，利用基准信号选择和基准信号扩展的温度补偿方法处理波动响应信号。基于压电激励Lamb 波传播过程，分析研究了Lamb波时间反转传递矩阵显著特征值数目与散射体数目的关系，进行了Lamb波传播与损伤检测的实验研究，利用Lamb波A0和S0模式传播解析解数值反向传播，定位板中各个散射体。建立了呼吸型裂纹和闭合型裂纹环境振动激励与高频激励调制的有限元数值模型，由压电激励模拟加筋板类结构中Lamb波传播过程，由Lamb波的模式转换及波动响应信号的非线性成分表明损伤的存在，研究了裂纹损伤产生波动信号高阶谐波成分和亚谐波成分的门槛值特性，作为区分结构初始非线性和裂纹损伤产生的非线性条件。研究了阻抗与环境振动应力波调制方法；由非线性弹簧模拟了闭合裂纹界面，低电压激励得到结构损伤识别时的瞬时基准信号，利用比例相减法得到作为损伤定位所需要的各条作动-传感路径上的非线性响应成分。基于非线性时间反转理论研究了闭合型裂纹的损伤识别方法，通过金属铝板上黏贴的压电激励/传感阵列进行了Lamb波检测螺栓模拟的闭合型裂纹实验，利用相关性定义了损伤指数并定位裂纹区域。

为有效检测出加筋板中的裂纹损伤，本项目重点研究基于应力波传播的空间瞬时基准损伤检测方法。针对典型加筋板结构，基于损伤非线性本构关系建立应力波瞬态传播动力学模型，研究应力波多重反射和模式转换以及与裂纹作用时的散射现象。利用非线性应力波调制技术选择应力波传递路径，确定空间瞬时基准作动-传感路径，避免了环境和工况变化的影响，得到能够现场使用的损伤检测基准信号。分离应力波调制信号中的非线性成份，研究阵列自适应模糊聚束方法，对加筋板中的裂纹损伤进行定位，提高波动检测方法对结构损伤的检测能力。以加筋板结构分布式压电作动/传感阵列作为结构损伤检测的物理实现手段，进行随机振动工况与环境温度变化情况下的模型实验，验证本方法的有效性，建立一套基于应力波传播的不受环境和工况干扰的更灵敏的加筋板损伤识别方法，为后续工程应用提供理论与技术支撑。

按材料分类，加筋板可分为金属加筋板，复合材料加筋板。

采用理论和实验相结合的方法，研究在低速冲击后，含界面分层/脱粘和基体横向微裂纹损伤复合材料加筋板壳结构的自振频率、频率响应函数、模态和阻尼特性以及在动载下的响应行为和破坏机理，发展含损伤复合材料结构的非线性动力学分析理论、方法和开发相应的软件，通过参数讨论，为复合材料工程结构的损伤容限设计、识别和失效防范提供分析依据。