基于小波有限元法的复合材料板结构损伤检测

简介：
本研究探讨了利用小波有限元法对复合材料板结构进行损伤检测的技术。通过结合小波变换和有限元分析，提高损伤识别精度与效率，为工程应用提供有力支持。 在结构工程与材料科学领域内，复合材料板的损伤识别至关重要。由于此类板材广泛应用于航空航天、能源电力等多个关键行业，其完整性和安全性一直备受关注。传统的检测方法如X射线及超声波检查虽然有效但成本较高且难以实现持续监测。因此，基于计算机模型和算法的无损检测技术逐渐成为研究热点。 左浩等人提出了一种结合小波理论与有限元分析的小波有限元法用于复合材料板结构损伤识别。该方法提供高精度时频分析，在处理瞬态或非线性问题方面表现突出。本研究利用此方法构建了复合材料板的单元模型，以精确求解其固有频率。 固有频率是指物体自然振动的频率，与质量、刚度和几何形状等属性紧密相关。通过准确测量并分析这些板材在受损情况下的频变规律，可以间接推断出内部损伤状况。当出现裂纹或分层等情况时，材料的质量分布及刚性会改变从而影响固有频率。 文章还介绍了利用弹性模量缩减法模拟结构损伤的方法。这种方法能更真实地反映受损伤后的状态，并用于预测复合材料板的健康情况。 为了提高识别准确性，研究团队提出了一种改进的三线相交频率分析方法来确定损伤的具体位置和程度。此算法需要高精度求解固有频率，而小波单元模型的应用正好满足这一需求。 此外，该研究还探讨了如何利用正问题建模得到的数据作为反问题识别的基础，并建立了损伤与频变之间的关系图以预测结构健康状况。 为验证新方法的有效性及精确度，团队进行了多组数值测试。这些测试模拟不同受损条件下的动态响应并展示了模型和算法在实际应用中的可靠性和准确性。 文章还强调了复合材料的优越特性如轻质高强度、良好的设计灵活性以及出色的抗疲劳性能等，这使得它们逐渐取代传统金属合金并在多个领域得到广泛应用。然而，复杂结构及多样化的损伤形式也增加了识别难度。 及时准确地辨识此类板材的损坏情况对于确保设备安全运行至关重要，并有助于避免经济损失和潜在的人身伤害风险。这项研究不仅提供了一种新的检测算法，还为复合材料板的健康监测提供了理论支持和技术保障。