基于模态应变能法功能梯度Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁模型对损伤识别的影响分析

随着功能梯度梁的跨高比从小(厚梁)变到大(薄梁),梁的变形受到剪切变形的影响就会从大变到小。为了准确分析功能梯度梁的变形,跨高比小的厚梁采用Timoshenko梁模型,而跨高比大的薄梁采用Euler-Bernoulli梁模型。采用这两种梁模型进行功能梯度梁自由振动的有限元计算,分析单元刚度矩阵、质量矩阵和模态阵型等存在的差异。通过数值算例,研究了这两种梁模型的差异对模态应变能法的损伤识别指标的影响。对于厚梁,Timoshenko梁模型的损伤指标优于Euler-Bernoulli梁模型;对于很薄的梁(例如,l/h=25时的薄梁),Euler-Bernoulli梁模型的损伤指标优于Timoshenko梁模型。     

功能梯度经典梁损伤识别模态应变能变化率法的抗噪音性能研究

针对功能梯度经典梁,研究损伤识别的模态应变能变化率方法的抗噪音性能。基于有限元商用软件ABAQUS计算平台,计算功能梯度经典梁自由振动模态参数,并加入一定水平的噪音。用这些含噪音的模态参数仿真实际测量值。模态参数测量噪音模型采用高斯分布模型,并比较了计算噪音水平的三种计算方法。通过数值算例,分析测量噪音对功能梯度经典梁损伤识别的影响。从损伤识别结果可以发现,在1%、2%和5%的噪音水平情况下,均能很好地识别出梁的损伤单元。这表明功能梯度经典梁损伤识别的模态应变能变化率方法具有良好的抗噪音性能。     

基于单元模态应变能改变率对管道损伤的识别

本文基于单元模态应变能改变率的概念,导出了结构破损位置的诊断方法,方法仅以结构破损前后的模态振型和单元刚度矩阵为输入信息。用单元模态应变能改变率对管道进行损伤分析,得到较好的破损诊断结果,并且方法简便,有效。     

基于模态应变能理论的风机叶片结构损伤辨别仿真

为解决风机叶片在多种损伤工况下的结构损伤识别问题,采用一种模态应变能变化率和BP神经网络结合的分步判别方法。首先利用ANSYS软件建立风机叶片的结构模型,选取模态应变能变化率作为检测结构损伤的特征参数;然后分别在单损伤与多损伤工况下,通过比较损伤前后各单元的模态应变能变化初步定位损伤;最后通过BP神经网络精确判定损伤状态,辨别叶片的损伤位置和程度。结果表明,通过比较各单元模态应变能变化率,可以有效实现损伤的初步定位,利用BP神经网络可以准确诊断出叶片损伤位置和程度。这种方法对同一单元不同程度损伤、同程度多损伤等多种损伤工况均有良好的识别效果。     

基于模态应变能的复合材料板层间损伤定位研究

应用基于模态应变能的损伤识别方法对复合材料层合板的层间损伤进行定位研究,并基于单元模态应变能变化率提出了改进的损伤指标。通过有限元软件方法模拟复合材料板层与层之间的损伤(如残留气泡等缺陷引起的损伤),提取受损模型的各阶模态振型,将改进的单元模态应变能变化率作为复合材料层合板的损伤定位指标。通过有限元数值模拟,验证了模态应变能方法在复合材料层合板定位层间损伤的有效性,从而在保证损伤定位精度的前提下,大大减小后期分析的工作量。     

基于分层法的功能梯度材料有限元分析

基于分层法,本文采用有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。将功能梯度材料平面结构划分成若干层,每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数,然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分,建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。数值算例表明,功能梯度材料平面结构应力和位移的有限元计算结果与解析解吻合得很好。通过设计组分材料Y-TZP弹性模量的三种工况,讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响。数值结果显示,弹性模量梯度系数变大对应力和位移的有限元计算结果有影响,对应力的影响较大而对位移的影响较小。     

基于模态应变能与频率融合方法的功能梯度欧拉伯努利梁损伤识别研究

针对功能梯度欧拉伯努利梁,本文提出了融合结构模态应变能和自振频率的损伤识别新方法。首先通过有限元方法计算得出功能梯度欧拉伯努利梁的自振频率和振型模态参数,然后基于单元模态应变能融合了自振频率,构造了模态频率应变能的计算公式。通过计算出梁结构损伤前后单元模态频率应变能的变化,定义了单元的损伤识别指标。数值算例表明,功能梯度欧拉伯努利梁的损伤识别新方法能够把梁结构存在的损伤单元有效地识别出。从损伤识别结果可以看出该新方法具有较好的抗噪声性能。     

基于模态柔度曲率改变率复材简支梁结构损伤识别研究

利用复合材料梁的模态柔度曲率改变率MFCI探讨复合材料无损检测方法,应用有限元软件ABAQUS模拟出有损和无损复合材料梁的固有频率和各节点振型位移值并计算出模态柔度曲率改变率值,进而检测出复合材料损伤位置。以检测含不同脱层损伤复合材料简支梁为算例,结果表明在检测复合材料简支梁时,无论是单点脱层损伤还是多点脱层损伤以及脱层损伤大小程度,该方法都能准确检测出含脱层损伤区域的位置,证明了模态柔度曲率改变率法对判断含层间损伤复合材料梁有显著效果。     

纤维增强复合材料梁的分层损伤识别

通过损伤发生前后结构频率的变化来检测和评估纤维增强复合材料(FRP)层合梁中的分层损伤。利用FRP层合梁在分层发生前后的一系列频率变化值,通过构建直观图像法和人工神经网络两种逆向算法反推出梁中分层损伤的三个参数,即分层所在的界面、位置和尺寸。为检验两种算法的有效性和识别精度,分别进行了理论和实验双重验证。理论验证结果表明,两种逆向检测算法都可以有效预测出分层损伤的三个参数,其中直观图像法相比人工神经网络预测精度更高。而实验验证采用文献中报道的实测频率,结果表明:直观图像法对于测量数据误差有更高的包容性,可以较为准确地预测出分层在FRP梁试件中的位置和大小;而人工神经网络对于实验误差相对敏感,对FRP梁试件中的分层损伤预测不够准确。综上认为,相较于人工神经网络,直观图像法具有更好的鲁棒性,应被优先选择应用于FRP梁的分层损伤识别。     

基于ABAQUS的功能梯度材料等参梯度有限元分析

以大型商用有限元软件ABAQUS为计算平台,基于等参梯度单元法的思想,建立功能梯度材料结构的有限元分析模型,进行有限元计算分析。数值算例表明,等参梯度有限单元法的应力和位移计算结果均与解析解吻合得很好。根据设计组分材料Y-TZP弹性模量的三种工况,讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响。通过有限元网格加密的数值算例,发现等参梯度有限单元法具有精度高和收敛快的特点。     

有限元在梯度功能材料研究中的应用

阐述了近年来有限元方法在梯度功能材料成分优化设计,残余热应力分析、瞬间温度场模拟等方面的应用情况.     

复合材料叠层板损伤应变能释放率

从损伤力学角度出发,利用断裂力学中有关概念、方法,推导出正交异性复合材料层板开裂、分层过程中的损伤应变能释放率.通过绘制开裂阻力曲线和假设起始开裂时应变能释放率相等,能合理解释复合材料层板在开裂过程中出现的各种行为现象.计算结果与实验非常吻合,并提出一种综合考虑强度与刚度的实用性设计准则.     

流延法制备ZrO2/不锈钢功能梯度材料

采用流延法制备了ZrO2/316L不锈钢功能梯度材料,利用成分分布函数设计梯度层厚度来减小各层间的残余应力,通过改变黏合剂添加量得到各梯度层中ZrO2的体积分数(φ)和黏合剂与混合粉体积比(M)的关系:M=1.029φ 1.652,并研究了烧结工艺对材料组织形貌的影响.结果表明:在真空无压条件下,1 350 ℃烧结可得到成分呈梯度变化,各梯度层界面结合良好的ZrO2/316L功能梯度材料.     

铜/钨酸锆功能梯度薄膜的热应力场特征有限元分析

用有限元法建立了铜/钨酸锆缓和热应力功能梯度薄膜的数学模型,讨论了梯度薄膜的层数N,成分分布指数P,梯度层厚度Hf,基片厚度Hm与纯铜层厚度Hc,以及不同工作环境温度θ对薄膜热应力分布的影响。由热力学计算可知:梯度层数越多,缓和热应力效果越好。考虑到制备工艺复杂程度,参考数值模拟结果可知:当N≥5,P=1时,可以减小热应力最大值,热应力最大值出现在基体与梯度层的界面处;当N=5,2≤P≤3,热应力最大值位于梯度层内;适量增加梯度层厚度Hf和基片厚度Hm有利于减小热应力最大值,此梯度缓冲层在室温到α相钨酸锆陶瓷的相变温度(120℃)区间内,对于各厚度的功能铜层都有良好的保护作用。