金属点阵夹层板分别在含填充材料和热环境下的损伤识别研究

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点阵夹层板因其具有轻质、隔热、高比刚度、高比强度以及可设计性等优点,因此在高速飞行器热防护领域具有广阔的应用前景。目前,国内外学者对于点阵夹层板在常温条件下的损伤识别以及动力学特性已经开展了比较深入的研究。同时,对于夹层板在热环境下的动力学响应问题也是逐渐成为最近的研究热点。点阵夹层板应用于热防护系统时,通常要面临极端热力环境,通常将轻质隔热材料填入在夹层板中以提高点阵夹层板的热防护性能。但是,目前关于含填充点阵夹层板损伤识别方面还没有系统的研究工作。此外,对于点阵夹层板在热环境下的损伤识别研究没有相关报道。因此,针对含填充点阵夹层板和在热环境下点阵夹层板的损伤识别问题,本文提出了一种损伤识别方法,并通过数值模拟和实验验证了该方法对于损伤识别的有效性,同时研究了夹层板损伤在热环境下的动力学响应问题。首先,基于柔度矩阵和Teager能量算子提出了一种损伤识别方法,为了考虑损伤对于低阶模态和高阶模态的影响而引入了权重系数。通过数值模拟验证了提出的方法可以有效识别单处损伤和多处损伤。其次,通过多普勒激光测振仪获得含填充点阵夹层板的振动模态参数。一方面,通过有限元与实验的损伤前后固有频率变化率结果的对比,验证了基于有限元模型结果的合理性,另一方面,通过实验结果验证了提出的损伤识别方法的合理性和有效性。此外,研究了填充物对于点阵夹层板动力学响应的影响,以及填充物的弹性模量对提出损伤识别方法有效性的影响。通过数值模拟,获得中心区域半胞元缺失和单胞元缺失两种工况下,该方法失效时的临界弹性模量值。最后,通过数值模拟分析了温度效应对点阵夹层板动力学响应的影响。采用本文所提出的损伤识别方法,针对单处损伤和多处损伤两种工况,采用数值模拟发现该方法可有效识别在热环境条件下的点阵夹层板内部损伤。同时,通过对比在常温条件下与加热条件下的损伤识别结果来分析了热环境对于损伤识别结果的影响。通过数值模拟的方法分析并讨论了在热环境下的损伤程度、损伤位置、损伤形式以及边界约束条件对于动力学响应的影响。
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