The invention discloses a nondestructive detection method of stiffness coefficient of the composite ultrasonic wave based on Lamb technology, including direct theoretical modeling, sensitivity analysis, experimental measurements of phase velocity and stiffness coefficient for solving the inverse problem of four parts. The problem is the theoretical model of the new three order plate theory to derive the solution, phase velocity of Lamb wave propagation in composite plates of the theoretical value of the theory considering the plate wave stress free boundary conditions, avoiding the tedious steps need ordinary plate theory calculation of shear correction factor; sensitivity analysis to select the appropriate transmission angle and Lamb wave mode, is the premise to complete the reconstruction of 9 stiffness coefficient; experiment using non-contact laser ultrasonic system, combined with the advanced signal processing methods, the multi angle guided wave phase velocity measurement; finally, combined with the intelligent optimization algorithm, the theoretical value and the measured phase velocity by minimizing the experiment measuring the phase velocity. To obtain the optimal stiffness coefficient of the composite solution.
【技术实现步骤摘要】
一种复合材料刚度系数的无损测量方法
:本专利技术设计了一种非接触式测量复合材料力学性能参数的方法,特别涉及到一种复合材料刚度系数的无损测量方法,该方法属于复合材料性能评估
技术介绍
:碳纤维复合材料以其高比强度、比刚度、耐腐蚀等特性,被广泛的应用于航空航天、汽车和船舶等工业领域中。然而,复合材料的力学特性分析和结构设计必须以充分准确的性能数据为前提。同时在复合材料加工制作的过程中,也需要对复合材料的力学性能进行评估,以严格监控加工工艺的实施、预防复合材料铺层错误、混杂气孔等缺陷的存在。此外,对于使用过程中的复合材料结构进行现场、原位的力学参数测量,评估复合材料的健康状况可以保证在役结构的安全和可靠性能。传统的复合材料力学性能测试通常采用试件级别的拉伸、压缩、弯曲等试验进行测量。通过设计不同的夹具形式,在复合材料试件上产生相应的应力分布,利用布置在结构中的应变片测量对应的形变,进而对材料的弹性模量进行计算。然而,这种方法首先无法满足在役结构的无损测量条件;其次,单次试验只能获取复合材料刚度系数矩阵中的某些系数;再者,夹具的设计和实验的操作水平会严重影响试件上的应力分布,无法准确的对应应变片上的应变水平,导致材料刚度测量不准。因此,开展一种非接触式、现场原位的无损检测技术,对复合材料弹性属性进行识别,是目前复合材料性能评估领域中的一个难题。超声波在结构中传播的能量可控,且具有传播距离远、检测灵敏度高等优点,是一种重要的无损检测手段。由于超声波在材料中传播的速度与材料刚度紧密联系,通过测量超声波在结构中传播的速度可进一步反推结构的刚度属性。超声波检测技 ...
【技术保护点】
一种复合材料刚度系数的无损测量方法,其特征在于:包括如下步骤第一步为正问题理论建模:首先假设复合材料铺层中导波位移场分布为
【技术特征摘要】
1.一种复合材料刚度系数的无损测量方法,其特征在于:包括如下步骤第一步为正问题理论建模:首先假设复合材料铺层中导波位移场分布为上式代表了典型的三阶板理论位移场函数,其中坐标x和y为面内方向,z沿板厚方向;u,v和w分别为x,y和z方向上的位移分量;该位移场共有12个未知量,分别为u0,ψx,v0,ψy,w0,ψz,φx,χx,φy,χy,φz,χz,考虑Lamb波在板中传播时板上下表面应力自由的边界条件其中下标Nt表示最上层上表面,1b表示最下层下表面,假设复合材料结构为对称铺层,将该边界条件代入上述三阶板理论位移场函数,可得新型三阶板理论位移场函数为u=u0+zψx+z2(4Q13u0.xx+4Q36v0,xx-8Q33ψz,x+4Q36u0.xy+4Q23v0,xy)/a3+z3(-96Q33ψx+12h2Q13ψx,xx+16h2Q36ψx,xy+4h2Q23ψx,yy+8h2Q36ψy,xx+8h2Q23ψy,xy-96Q33w0,x)/a2v=v0+zψy+z2(4Q13u0,xy+4Q36u0,yy-8Q33ψz,y+4Q36v0,xy+4Q23v0,yy)/a3+z3(-96Q33ψy+12h2Q23ψy,yy+16h2Q36ψy,xy+4h2Q13ψy,xx+8h2Q36ψx,yy+8h2Q13ψx,xy-96Q33w0,y)/a2w=w0+zψz+z2(4Q13w0,xx+8Q36w0,xy+4Q23w0,yy-8Q13ψx,x-8Q36ψx,y-8Q23ψy,y-8Q36ψy,x)/a3+z3(-32Q33ψz+4Q13h2ψz,xx+4Q23h2ψz,yy-32Q13u0,x-32Q36u0,y-32Q23v0,y-32Q36v0,x+8Q36h2ψz,xy)/(a3h2)其中与Q相关的量为上下表面铺层的相应刚度系数,h表示板厚,且有a2=3Q13h4kx2+6Q36h4kxky+3Q23h4ky2+72Q33h2a3=Q13h2kx2+2Q36h2kxky+Q23h2ky2+24Q33将上述新型三阶板理论位移场函数代入哈密尔顿方程得导波运动的控制方程,可进一步通过求解特征方程的特征根获得导波传播的频散曲线,作为理论计算相速度值;第二步为灵敏度分析;第三步为实验测量...
【专利技术属性】
技术研发人员:裘进浩,赵金玲,季宏丽,
申请(专利权)人:南京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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