【摘 要】
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点阵夹芯结构由上下两个薄面板以及具有高孔隙率的夹芯子组成,点阵夹芯结构以其高比强度和刚度,质量轻,可设计等优良的力学性能,作为具有多功能特性的新型材料被广泛应用于交通运输工具及工程建筑中。由于夹芯子设计的复杂性,点阵夹芯结构在制备以及服役过程中会发生面板脱焊或单胞缺损等损伤问题,损伤的存在会使得结构的刚度急剧下降,在工程应用中会造成严重事故发生。因此,准确及时检测点阵夹芯结构在服役及制备过程中存在
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点阵夹芯结构由上下两个薄面板以及具有高孔隙率的夹芯子组成,点阵夹芯结构以其高比强度和刚度,质量轻,可设计等优良的力学性能,作为具有多功能特性的新型材料被广泛应用于交通运输工具及工程建筑中。由于夹芯子设计的复杂性,点阵夹芯结构在制备以及服役过程中会发生面板脱焊或单胞缺损等损伤问题,损伤的存在会使得结构的刚度急剧下降,在工程应用中会造成严重事故发生。因此,准确及时检测点阵夹芯结构在服役及制备过程中存在的损伤问题,以及建立结构健康监测系统是亟需解决的关键问题。针对点阵夹芯结构的脱焊损伤问题,本文提出了基于高频动态响应的损伤检测方法。依据局部共振的概念,通过数值仿真得出局部损伤区域的固有频率。以该固有频率为中心频率,择取一定范围的宽频带,测量结构在高频激励下的局部共振响应特性。本文采用频响函数法得到宽频带内多个模态振型;采用结构工作变形(ODS,Operational Deflection Shapes)测试方法获取多个特定频率激励下的结构响应;采用声场激励获得结构宽频振动声压级响应。分别对这三种测试方法得到的响应数据进行分析,利用本文提出的损伤指标,得到点阵夹芯结构基于模态振型的损伤成像和基于结构ODS的损伤成像。本文在数值模拟的基础上对含有单点脱焊损伤的点阵夹芯结构进行试验研究,试验中分别采用压电片(PZT)和非接触式扬声器两种方式进行激励。搭建不同的实验平台,分别是搭建PZT-非接触式激光测振仪(SLDV,Scanning Laser Doppler Vibrometry)混合系统点阵夹芯结构损伤检测实验平台,以及扬声器-SLDV非接触式损伤检测实验平台。实验中激励信号均采用四峰波周期性简谐信号,根据测试方法的不同,设置激励频率步长,通过非接触式多普勒激光测振仪对点阵夹芯结构含有损伤的单侧面板检测区域进行扫描,拾取到面板表面的振动响应信号。通过分析结构的振动模态特性,进而判定损伤位置。基于高频振动响应的损伤检测方法不需要结构材料、尺寸等信息,尤其是非接触式损伤检测,只需测得结构宽频带内的振动响应,结合本文提出的损伤成像方法,便可实现损伤定位。研究结果证明,本文提出的点阵结构健康监测方案可非常方便的应用于实际复杂结构的损伤检测中。
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