基于交叉递归分析的复合材料层合板损伤量化与定位研究

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复合材料由于本身结构的复杂性,造成了复合材料板损伤类型的多样性,复合材料板容易在低速冲击和循环加载下形成微小损伤包含基体裂纹和脱层,这种损伤几乎不可见也不容易被察觉,但是这样损伤材料在退化的过程将会使得复合材料板的增强纤维断裂和位错,进而使得复合材料板的强度和刚度不断下降,最终导致复合板的失效,因而针对复合材料板在循环疲劳加载条件下的损伤检测有非常重要的研究价值和应用价值。本论文以复合材料板在循环加载条件下疲劳损伤为研究对象,通过Lamb波对复合材料板进行检测,研究复合材料板的损伤量化和定位成像。论文介绍了Lamb波在板状材料中的传播的基本理论,其中包括Lamb波在板材中传播规律以及频散特性等。由于复合材料板自身结构的复杂性以及复杂的损伤类型,经过待检测板材的Lamb波信号更复杂,采用的传统的时频分析,β指数、TOF(Time of flight)等方法来分析效果和解释性都很差。本文还简单介绍了复合材料板常见的损伤的类型和机理,并根据递归理论中交叉递归分析(Cross-Recurrence Quantification Analysis)对不同类型的损伤类型进行定量分析。本文主要针对在循环加载状态下复合材料板的疲劳损伤,进行研究和量化分析,首先通过ABAQUS有限元建模设置不同的缺陷个数模拟复合板材,对仿真的信号进行CRQA分析,通过皮尔逊相关系数法,筛选出相关性较高的CRQA指数,组成对应的特征向量集。本文的实验数据是NASA的CFRP复合材料板数据集,对实验数据进行CRQA分析,选取在通过仿真数据下筛选出来的指数,将筛选出的特征指数组成特征向量,通过SVDD对完好状态数据的特征向量进行训练计算出超球体,计算其余特征向量到超球体中心的距离作为最后对损伤量化的UDI指数。最后通过矩形阵列下的概率成像算法对复合材料板的损伤进行定位和成像。
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