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相似文献
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1.
基于线性三维弹性理论和“增量变形力学”理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,将该文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse?软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A0模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。  相似文献   

2.
把谱元法应用于结构中弹性波的传播的模拟,建立基于二维谱元法的梁结构模型,提出模拟结构裂纹损伤的节点分离法;研究无损伤和含有损伤的铝合金梁结构中Lamb波的传播规律,通过和理论解对比,验证谱元法模拟结构中Lamb波传播的有效性;研究不同程度损伤对响应信号的影响,探讨了梁结构损伤识别方法。结果对基于Lamb波的结构损伤识别方法的研究具有借鉴意义。  相似文献   

3.
基于主动Lamb波的结构健康监测是目前复合材料结构损伤监测技术研究的热点之一,了解Lamb波的传播特性对进行可靠的损伤监测非常重要.本文结合经典三维弹性理论与Lamb波的运动位移方程,对碳纤维复合材料板中传播的Lamb波传播特性进行了建模研究,在此基础上推导了碳纤维板的相速度频散曲线,并讨论了Lamb波传播方向与坐标轴之间的夹角及碳纤维铺层方向对频散曲线的影响,建模结果证明了这种建模方法的正确性.  相似文献   

4.
孙虎  周丽 《工程力学》2012,29(9):50
首次提出用一种无质量弹簧元来模拟含横向裂纹梁的轴弯耦合效应,并结合谱元法分析含裂纹梁内Lamb波的传播特性.由卡氏定理和断裂力学方法推导弹簧元的刚度,以此构建裂纹处的平衡条件和位移协调条件,建立损伤谱元模型.通过和传统的有限元模型进行比较,表明在显著提高计算效率的同时,所提出模型在分析结构固有特性和Lamb波传播特性上都具有较高的精度.在所提出模型的基础上又推导出基于谱元法的能量计算公式,通过裂纹处的能量守恒再次验证损伤模型的正确性和有效性,同时研究结果表明裂纹处转化生成的Lamb 波各模态能量随裂纹深度的变化具有单调性,该结论可以为结构健康监测中定量识别裂纹提供实用依据.  相似文献   

5.
将比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)和机器学习算法相结合,基于Lamb波在含缺陷薄板结构中传播时结构的动力响应变化定量反演结构中的缺陷信息。SBFEM通过改变裂纹所在子域的比例中心位置反映不同的裂纹信息,减少了需要进行重划分的网格数量,大大提升了计算效率,能够提供足够多的反映缺陷特性的训练数据;基于极限学习机的人工神经网络机器学习模型避免了传统反分析问题求解的目标函数极小化迭代过程,能在极快的学习速度下保证缺陷反演的精度。因此,提出的缺陷反演模型大大减少了运算时间成本。若干数值算例表明:建立的反演分析模型能够根据含缺陷的薄板结构Lamb波传播时观测点的动响应信号,准确地探测出薄板结构中的开口裂纹状缺陷的位置和大小等信息,并具有很高的反演效率,且在信号含有噪声的情况下仍具有较好的鲁棒性。  相似文献   

6.
《中国测试》2016,(3):32-35
为获得层状混凝土结构的材料特性,利用瑞利波在半无限大混凝土和层状混凝土中的传播规律,分别建立两种模型中瑞利波传播的波速方程。基于获得的层状混凝土结构中瑞利波的波速方程,提出一种从实测波速来推定混凝土材料特性的反演方法。通过数值计算获得两种模型中波速和混凝土弹性模量的关系曲线,理论计算结果与实验结果基本一致。研究结果表明:由于混凝土层的相互作用,结构中存在多个瑞利波振动模态以及相应的波速,同时波速和上层混凝土弹性模量之间存在对应关系。建立的研究方法和计算结果可直接应用于实际混凝土的瑞利波检测。  相似文献   

7.
孙虎  周丽 《振动与冲击》2012,31(14):112-116
基于谱元法提出了一种弹簧元来模拟复合材料梁由于横向裂纹导致的轴弯耦合效应,分析复合材料裂纹梁中Lamb波的传播特性。由断裂力学的相关知识求得弹簧元的刚度,建立复合材料裂纹梁的损伤谱元模型。通过模拟复合材料裂纹梁内Lamb波传播,并和传统的有限元结果进行比较,验证了所提出模型的可行性和有效性。推导了频域内Lamb波各模态的能量计算公式,裂纹处的能量守恒证明了所提出模型的正确性,同时计算表明复合材料梁中裂纹处反射与透射的Lamb波各模态能量随着裂纹深度的变化规律具有单调性,结论可以为定量识别复合材料梁裂纹提供实用依据。  相似文献   

8.
陆希  孟光  李富才 《振动与冲击》2012,31(12):63-67
研究复杂工程结构的结构健康监测技术具有现实意义。使用基于Lamb波的仿真和实验方法,对“U”形截面的铝合金构件中的损伤检测问题进行了研究。建立了构件的三维有限元模型并实现了Lamb波传播过程的动态仿真;实验中使用锆钛酸铅压电晶片(PZT wafer)来激发和接收在构件中传播的Lamb波。借助于连续小波变换(CWT)和希尔伯特变换(HT)等方法对仿真和实验中采集到的Lamb波信号进行处理,从中提取了与损伤有关的时域特征,建立了损伤位置和损伤反射波包飞行时间(ToF)之间的定量关系。  相似文献   

9.
研究了存在初应力时周期压电-压磁层状结构中水平剪切波(SH波)的传播特性,这里SH波的传播方向是垂直于界面的。首先推导了计入初应力效应时压电和压磁介质控制微分方程的通解,然后利用界面条件和周期性条件,得到了显式的频散方程。对于由BaTiO3和Terfenol-D构成的周期层状结构,数值结果表明了初应力对禁带效应和传播速度的影响,所得结果可为压电-压磁层状结构在声表面波器件中的应用提供理论参考。  相似文献   

10.
基于谱有限元对Lamb波在复合材料层合板中的传播进行了模拟。结合Gabor小波分析对谱有限元及传统有限元模拟结果与理论结果进行了对比, 并对相控阵法结构探伤的扫描过程进行了模拟和分析, 给出了Lamb波的传播和扫描图像。结果表明, 在得到更精确模拟结果的同时, 谱有限元较传统有限元法能大大缩短计算时间, 证实了该方法在模拟Lamb波在复合材料板中的传播方面的优越性。同时, 谱有限元法能很好地模拟相控阵法探伤的扫描过程, 模拟结果与实际结果吻合, 证实了本文建模方法的可行性和精确性。   相似文献   

11.
The transverse resonance approach to guided wave analysis is applied to shear horizontal (SH) wave propagation in periodically layered composites. It is found for SH waves that at high values of the guided wavevector β, the wave energy is trapped in the slower of the two media and propagates accordingly at the slower wavespeed. At low values of β, however, the modes demonstrate a clustering behavior, indicative of the underlying Floquet wave structure. The number of modes in a cluster is observed to correlate with the number of unit cells in the layered plate. New physical insights into the behavior of these systems are obtained by analyzing the partial waves of the guided SH modes in terms of Floquet waves. We show that the fast and slow shear waves in the periodically layered composite play an analogous role to the longitudinal and shear partial waves comprising Lamb waves in a homogeneous plate  相似文献   

12.
In a conventional scanning acoustic microscope the excited leaky modes contribute significantly to the high contrast obtained in the images. However, all such modes exist simultaneously, and the interpretation of the images is not straightforward, especially in layered media. A lens geometry is proposed that can be used with acoustic microscopes to image layered solid structures. This lens can focus the acoustic waves in only one of the Lamb wave modes of the layered solid with a high efficiency. V(Z) curves obtained from this lens are more sensitive to material properties compared to that obtained from conventional lens. Measuring the return signal as a function of frequency results in another characteristic curve, V(f). The Lamb wave lens and the associated characterization methods for the layered structures are described. The results presented show that the Lamb wave lens is at least an order of magnitude more sensitive than the conventional lens and can easily differentiate between a good bond and disbond in a layered structure.  相似文献   

13.
研究了含有孔隙的功能梯度材料(Functionally Gradient Materials,FGMs)中Lamb波的传播特性。利用本征函数展开法和孔隙率与弹性常数之间的关系,讨论了不同孔隙率情况下有限厚度铁基氧化铝功能梯度材料中Lamb波的相速度色散曲线,分析了孔隙率对铁基氧化铝功能梯度材料中Lamb波相速度的影响。研究结果表明Lamb波的相速度色散曲线能够同时反映功能梯度材料的弹性模量、泊松比、密度和孔隙率四个方面的信息,为含有孔隙的功能梯度材料弹性性质的反演提供了理论依据。  相似文献   

14.
In view of the increased usage of anisotropic materials in the development of advanced engineering materials such as fibers and composite and other multilayered, propagation of thermoelastic waves in arbitrary anisotropic layered plate is investigated in the context of the generalized theory of thermoelasticity. Beginning with a formal analysis of waves in a heat-conducting N-layered plate of an arbitrary anisotropic media, the dispersion relations of thermoelastic waves are obtained by invoking continuity at the interface and boundary conditions on the surfaces of layered plate. The calculation is then carried forward for more specialized case of a monoclinic layered plate. The obtained solutions which can be used for material systems of higher symmetry (orthotropic, transversely isotropic, cubic, and isotropic) are contained implicitly in our analysis. The case of normal incidence is also considered separately. Some special cases have also been deduced and discussed. We also demonstrate that the particle motions for SH modes decouple from rest of the motion, and are not influenced by thermal variations if the propagation occurs along an in-plane axis of symmetry. The results of the strain energy distribution in generalized thermoelasticity are useful in determining the arrangements of the layer in thermal environment.  相似文献   

15.
This paper describes the application of finite difference methods to the calculation of the scattering of elastic waves. The emphasis is on cracklike defects in plates, and it is shown that a common numerical technique can span a range of wavelengths from Lamb waves to ultrasonic waves with many reflections from the surfaces of the plate. Quantitative results are given for the scattering of Lamb waves and ultrasonic shear waves from surface-breaking cracks.  相似文献   

16.
代海涛  程伟  李明志 《振动与冲击》2007,26(12):79-83,116
根据Hamilton原理建立了三维压电压磁动力学耦合系统的Hamilton对偶体系,将经典的弹性力学一类变量问题转化为二类变量,建立了Hamilton正则方程组,研究了功能梯度电磁材料(FGMM)板/管内的弹性导波的频散特性及波结构特征。结果表明:(1)压电效应提高了Lamb波的频率和波速,而磁效应则相反,压电效应对波动的影响远大于磁效应;它们而对SH波没有影响(厚度方向极化)。(2)短路及断路电学边界条件对SH波不发生任何影响(厚度方向极化),而短路对Lamb波的频率和波速有不同程度的降低(相同波数下)。(3)在波结构上,对平板而言,所谓的“对称”和“反对称”Lamb波由于材料的梯度特性而变得不再严格的关于中心线对称或反对称。对管而言,由于材料的非均匀分布导致存轴对称栩转波模态中出现了横截面翘曲现象.轴对称纵向波也出现厚度剪切应力。  相似文献   

17.
Lamb wave time reversal method is a new and tempting baseline-free damage detection technique for structural health monitoring. With this method, certain types of damage can be detected without baseline data. However, the application of this method using piezoelectric wafer active sensors (PWAS) is complicated by the existence of at least two Lamb wave modes at any given frequency, and by the dispersion nature of the Lamb wave modes existing in thin-wall structures. The theory of PWAS-related Lamb wave time reversal has not yet been fully studied. This paper addresses this problem by developing a theoretical model for the analysis of PWAS-related Lamb wave time reversal based on the exact solutions of the Rayleigh-Lamb wave equation. The theoretical model is first used to predict the existence of single-mode Lamb waves. Then the time reversal behavior of single-mode and two-mode Lamb waves is studied numerically. The advantages of single-mode tuning in the application of time reversal damage detection are highlighted. The validity of the proposed theoretical model is verified through experimental studies. In addition, a similarity metric for judging time invariance of Lamb wave time reversal is presented. It is shown that, under certain condition, the use of PWAS-tuned single-mode Lamb waves can greatly improve the effectiveness of the time-reversal damage detection procedure.  相似文献   

18.
超声检测中的兰姆波层析成像   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
张海燕  吕东辉  袁瀚贝 《声学技术》2004,23(3):138-140,145
兰姆波作为超声导波,可以对薄板类结构实现大范围快速的检测。然而,从兰姆波数据中提取定量信息时对检测人员的技术素质提出了很高的要求。文章用兰姆波层析成像仿真实现了铝板中不同缺陷的重建图像。结果表明:采用滤波反投影算法得到的层析图像给出了关于缺陷位置和类型的信息,从而使技术人员可以方便地识别出材料中的缺陷。  相似文献   

19.
介绍了两种常用的材料薄层超声表征方法——纵波脉冲回波法和兰姆波法。阐述了其基本原理,并结合实例比较了它们的应用情况、优缺点和适用条件等。纵波脉冲回波法简单易行,能够获得薄层厚度、声速和衰减等信息。但实验结果受薄层介质的声衰减和表面粗糙度影响较大,对探头的性能要求较高。兰姆波法主要用于表征薄板类材料,无需较高检测频率,可以测得板中纵波和横波的声速、板厚和板与板之间的结合特性等,检测精度较高。缺点是发射和接收探头之间的距离和倾斜角度需要严格控制,影响因素较多。  相似文献   

20.
纤维增强复合材料中兰姆波的传播因其在无损评价中的应用而成为广泛研究的课题。一般采用传递矩阵法对各向异性多层媒质进行建模。虽然这种方法较为方便,但在大频厚积时会出现数值不稳定。本文作者对Nafeh的传递矩阵方法进行改进,所得到的全局矩阵方法具有较好的稳定性,其程序能有效地产生兰姆波的频散曲线。纤维增强复合材料中兰姆波的传播受多种因素的影响,层数的影响是其中之一。给出了不同层数复合板中兰姆波的相速度频散曲线以及两个基本模式a0s0沿板厚方向的应力分布。这些数值示例为层状各向异性复合材料板的无损评价提供了理论依据。   相似文献   

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