【摘 要】
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基于PZT和Lamb波法的检测技术能够实时在线的进行监测,在结构损伤的初期能及时发现问题,从而可以避免由结构失效带来的损失,因此具有重要的研究意义。本文以PZT特性和Lamb波
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基于PZT和Lamb波法的检测技术能够实时在线的进行监测,在结构损伤的初期能及时发现问题,从而可以避免由结构失效带来的损失,因此具有重要的研究意义。本文以PZT特性和Lamb波理论为基础,以薄铝板为研究对象,利用Lamb波法主动监测技术对铝板中的损伤进行了定位研究,通过实验和仿真相结合进行了验证。本文的主要研究内容有以下几个方面:首先,介绍了弹性波、Lamb波的相关理论及传播特性,在此基础上推导出Lamb波的波动方程,然后对Lamb波波动方程进行变形,得到用于MATLAB编程的Lamb波波动方程并进行模拟求解,绘制出了Lamb波的频散曲线。然后,阐述了压电元件的类别及特性,确定了本次研究采用的PZT型号,利用ANSYS仿真软件对其进行模态分析,确定出Lamb波的最佳中心频率,并利用MATLAB软件对Lamb波的激励形式进行比较,最终完成Lamb波激励信号的参数选择。其次,利用ABAQUS对Lamb波在健康铝板和损伤铝板中的传播过程进行仿真模拟。对铝板损伤前后的仿真结果进行分析,实现铝板中损伤的定位,验证了利用椭圆法对铝板损伤定位的有限元模拟的可行性。然后在ABAQUS中建立不同的损伤模型,其损伤位置相同,大小不同。通过对比Lamb波在不同损伤模型中传播的仿真结果,简单的探讨了Lamb波传播能量与损伤大小的关系。最后,对铝板的损伤检测进行实验研究。介绍了实验平台的搭建过程,利用LabVIEW软件实现Lamb波信号的发射、采集与处理。通过铝板损伤前后的实验数据对比分析,利用椭圆法以及时间延迟原理对铝板中的损伤位置进行了定位研究。比较了三点定位法和四点定位法之间的优缺点,证明了三点定位法能够很好的定位出了铝板中损伤存在的位置。通过对比实验结果和仿真结果的定位精度,验证了Lamb波法在铝板损伤定位中的可行性。
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