基于曲率模态的金属层合材料脱层损伤动态检测方法

As a key material type of functional materials, Metallic Laminated Material has been the research focus. The reduction of bonding quality between two layers will reduce the strength significantly, which in turn, lead to the structure performance failure. Therefore, bonding quality is a major concern for the mechanical properties of these kinds of structures. Up to now, there is still no satisfactory NDT method being developed for the Metallic Laminated Material. In this project, the curvature parameter based-dynamic damage identification method is applied to detect the delamination damage of the Metallic Laminated Material. The following studies will be throughly conducted in this project: 1) Analysis the influence mechanism of miscellaneous delamination damages in the curvature parameters of the structures. 2) The damage identification indexes are constructed respectively by means of vibration mode curvature, flexibility curvature and uniform load surface curvature. Determine the finally damage detection method of Metallic Laminated Material through sensitivity analysis of the indexes. 3) The best index will be used as the input signal to develop the method which do not dependant on the original vibration parameters of structure without damage. 4) The validity and efficiency of the proposed methods are demonstrated by modal measurement and modal analysis of the practical test-pieces. It is a great signality to solve the detection of the delamination damages of this kind of structure and prevent the failure of the structures. At the same time, it provides the detection of the similar structure with very important reference value.

层合材料作为一种重要的功能材料已成为材料科学的研究热点，其层与层之间结合部的损伤以及结合质量问题将使结构整体强度下降，进而导致构件功能失效。因此，结合质量是决定此类结构力学性能的关键因素，目前其无损检测方法尚不完善。本项目拟采用基于曲率参数的动态损伤识别方法对层合材料脱层损伤进行研究。本项目拟开展研究包括：1）分析各种繁杂的脱层损伤对层合结构曲率参数变化的影响机理。2）利用振型曲率、柔度曲率和均布载荷曲面构型曲率建立基于差分法的结构损伤识别指标，进而通过对各指标的灵敏度分析确定层合材料损伤动态识别方法；3）以所建立损伤识别指标为输入信号利用小波分解法开发不依赖于原始未损伤模型参数的损伤识别方法；4）通过对实际层合材料试件模态测量数据的处理验证上述各方法的可行性。这对解决此类结构结合部损伤的检测，防止结构失效意义重大，并对类似结构的损伤识别具有参考价值。

层合材料作为一种重要的功能材料已成为材料科学的研究热点，其层与层之间结合部的损伤以及结合质量问题将使结构整体强度下降，进而导致构件功能失效。因此，结合质量是决定此类结构力学性能的关键因素。本项目以层合材料分层损伤为对象，研究基于多曲率参数的结构损伤识别方法的改良和应用。.主要研究工作有：1）建立了多层层合板和周期性夹芯波纹板不同损伤状态及未损伤状态下的有限元模型，并根据其振动特性参数计算了相应的振型曲率和均布载荷曲面构型（ULS）曲率；完成了损伤对层合材料曲率参数的影响规律分析；2）基于损伤结构和未损伤结构曲率参数的差分建立了损伤识别指标，完成了层合材料分层损伤识别，对比分析了两种曲率参数对分层损伤的灵敏度；3）开发了基于曲面光滑算法、曲率模态变化率法和小波分析法的层合材料分层损伤检测方法，解决了差分法对原始未损伤模型参数的依赖性问题，并完成了三种方法的灵敏度对比分析；4）设计、加工、搭建了模态测试系统，制定了相关实验方案，并基于测试所得振动响应参数对结构损伤进行了识别，验证了各检测算法对层合材料分层损伤识别的可行性。.研究结果发现，模态曲率参数对层合材料局部分层损伤较敏感，可以较好的识别损伤的位置及数量。且损伤在层合板的不同层以及同一处损伤的不同约束方式均会对损伤结果产生一定的影响。相比于差分法，曲面光滑算法、曲率模态变化率法和小波分析法可不依赖于原始未损伤模型直接对损伤进行了损伤识别，其应用范围更广泛。且比较发现曲率模态变化率法对复合材料层合结构分层损伤最敏感，小波分析法次之，但其抗噪能力最强，检测结果的稳定性最强，曲面光滑算法所建立的损伤识别指标较小，易受到噪声干扰。.综上所述，在理论分析、数值计算和试验等方面完成了项目任务书的要求，并在多损伤识别算法灵敏度对比分析及小波分析的应用方法方面有所创新，达到了预期研究目标，为层合材料损伤检测的工程应用奠定了一定的理论基础。其结构曲率模态参数的建立、各检测算法的应用及灵敏度对比分析、实验测试系统搭建和测试信号处理方法等丰富了此类结构损伤检测的内容，可为解决相关问题提供参考。