结构损伤的小波分形神经网络检测

用神经网络进行结构损伤检测、分析的有效性在很大程度上取决于训练样本的好坏。小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力,小波包分析利用可以伸缩和平移的可变视窗能够聚焦到信号的任意细节,因此对有损伤的结构的非线性动力特性能进行有效的分析。利用分形几何方法不依赖于系统的数学模型的特点,将分形维数与小波分析相结合,建立了结构损伤的小波分形神经网络检测方法。研究结果表明,结构不同状态下的振动信号的各频段分形维数有明显的不同,可以将振动信号的各频段分形维数作为结构损伤检测的特征量,并用神经网络将结构的不同状态模式识别出来。     

具有分层损伤的不同加筋形式复合材料层合板的后屈曲性态研究

基于板的一阶剪切理论和V on-K arm an大挠度理论,分别推导了复合材料层合板和层合梁的几何非线性有限元列式,提出了含嵌入分层的复合材料加筋层合板在受压缩载荷作用下的后屈曲有限元分析方法,对在板厚方向具有不同分层位置的加筋板结构进行了有限元数值分析,研究了不同的加筋方式及筋的分布对具有分层损伤的复合材料加筋层合板的后屈曲性态的影响,所得结果对确定在压缩载荷作用下含损伤复合材料加筋层合板的剩余承载能力具有参考价值。     

基于动态应变能的ITER真空室损伤检测

为研究结构存在多处缺陷时的固有振动特性变化,以及在等离子体破裂时瞬态电磁力作用下的真空室结构动态响应变化,采用“刚度下降法”建立ITER等离子体真空室(Vacuum Vessel,简称 VV)单层封闭壳体微损伤的简化模型,提取对微小损伤敏感的动态应变能变化率作为损伤标识量.同时采用了一种“以平代曲”的损伤定量定位直观展开方法,有效地实现了VV单层封闭壳体不同部位多缺陷的定量检测.     

特征值摄动法在利用动响应结构小损伤检测中的应用

目前在使用遗传算法或神经网络方法进行结构动力学损伤检测,需要基于少量的在线测量损伤结构数据和大量的数值仿真数据来实现,其中通过有限元方法来获得仿真数据的巨大计算量是动力学结构损伤检测方法发展中所面临的一个重要问题。本文在建模方面应用近年来提出的调整单元刚度模拟损伤的先进方法,以保证在损伤前后结构自由度数目不变;在此基础上应用特征值摄动法来减少损伤检测中计算量,并通过对复合材料层合板响应信号的小波分析验证了使用一阶矩阵摄动在有效降低计算量的同时,可以获得对损伤检测而言足够准确的响应信号。     

局部损伤复合材料层合板的振动分析

本文采用了一种改进方法对局部损伤复合材料层合板进行了振动分析,将复合材料板中的损伤模拟为局部刚度的削减,并取三个损伤因子来刻画损伤的特性．利用高阶摄动法对其自由振动方程进行求解,主要计算了损伤板的自然振动频率和振动模态．相较于一阶摄动展开法,该方法在计算局部较大损伤问题中具有更高的准确度和敏感度．最后对损伤问题进行了参数研究,分析了不同的损伤因子（包括局部损伤程度、方向、面积大小）对板自由振动频率的影响．该方法为二维板局部损伤检测提供了有效精确的理论依据,并为损伤的定量评价提供了一种思路．     

含分层损伤复合材料层合板的压缩强度研究

给出了基于一阶剪切变形理论的含分层损伤层合板有限元分析模型,将含分层损伤层合板在压缩载荷作用下的强度破坏分析和屈曲破坏分析统一起来。先区分其破坏形式,然后再进行具体破坏分析,在屈曲特性分析中考虑了铺层强度破坏引起的刚度折减的影响,数值结果表明,该文给出的方法和结论对含分层损伤复合材料层合板的设计更具参考价值。     

复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3 个方面. 通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系. 损伤起始由卜克(Puck) 失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为. 模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层) 的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层. 以[0₃/45/-45]_S 和[45/0/-45/90]_4S 两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.      

考虑面内破坏过程的含分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应

基于复合材料层合板一阶剪切理论，推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式；同时采用了Adams应交能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法，构造了相应的阻尼阵列式；为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象，建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析的分层分析模型和虚拟界面联接模型。在上述模型和理论基础上，采用了Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法，对含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了动力响应和破坏分析。通过算例，分别讨论了外载频率、分层位置，以及破坏过程的刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征的影响，得到了一些具有理论和工程价值的结论。     

静应力作用下的层合板接头损伤失效分析

基于单层板理论,结合有限元分析技术即应力分析、Hashin三维失效判定准则、包含4种基本损伤类型相互关联作用的材料性能退化方法及结构最终破坏判据等,建立了含辅助铺层层合板接头静载损伤失效分析方法. 同时,对层合板接头损伤扩展进行了模拟分析,损伤计算结果与试验分级加载试样X光进行了对比. 通过多种类型层合板接头静强度预测结果与试验结果对比及静载累积损伤规律分析表明,建立的静载三维累积损伤分析的强度预测方法可方便模拟不同结构尺寸层合板接头内部各铺层损伤起始、发展及结构最终破坏整个累积过程,同时获得其最终破坏强度及破坏模式. 该方法的预测结果与试验结果吻合较好.      

基于深度学习和近场动力学的层合板冲击工况识别

在冲击荷载作用下复合材料会产生断裂和分层等损伤。基于损伤数据对冲击工况进行识别，对改善复合材料的设计和确保其安全使用具有重要意义。基于此，本文提出一种基于深度学习和近场动力学（PD）理论的层合板冲击工况识别方法。首先使用改进的表面修正系数PD理论建立复合材料层合板刚体冲击损伤演化分析PD模型，PD模型数值模拟结果结合噪声数据增强技术构建层合板的冲击工况数据库；基于深度学习-卷积神经网络（CNN），对不同工况下的冲击损伤演化数据进行训练，实现对未知冲击工况的识别。结果显示，对于钢球冲击速度和角度的识别准确率均高于90%。     

含分层损伤的变角度纤维层合板后屈曲力学行为研究

变角度（Variable angle tow,简称VAT）纤维复合材料层合板的纤维方向能够连续变化．相较于传统的直线纤维层合板,此类层合板通过刚度变化,整体的屈曲性能可以得到很大的提升．本文利用ABAQUS 自带的粘结单元(Cohesive Element)对预制圆形分层的变角度纤维复合材料层合板进行了后屈曲力学行为研究,得出载荷位移曲线,以及分层裂纹萌生和扩展的情况．然后本文分析了预制分层尺寸对板的刚度、前后屈曲阶段和裂纹萌生及扩展的影响．最后通过变角度纤维层合板和直线纤维层合板的后屈曲力学行为进行对比,深入探索了变角度复合材料层合板在抵抗分层裂纹萌生和扩展方面的优势．     

低速冲击下纤维/金属层合板抗分层性能研究

本文采用内聚力模型,对纤维/金属层合板(FMLs)在低速冲击载荷作用下抗分层性能进行研究。内聚力模型对裂纹的模拟具有它独特的优势：一是该模型不需要预先假设初始缺陷;二是在计算过程中随着裂纹的扩展,该方法不需要重新对结构进行网格划分。借助该模型,本文对低速冲击载荷作用下,纤维层合板(FRP)分层进行了模拟,并验证了该模型计算的有效性。在此基础上,本文研究了低速冲击载荷作用下,不同金属含量的纤维/金属层合板抗分层性能,并与纤维层合板进行了比较。最后从能量的角度讨论了金属含量与铺层结构对FMLs低速冲击性能的影响。     

粘结单元在模拟FRP层合板低速冲击响应中的应用

纤维增强树脂基复合材料层合板(fibre reinforced plastic composites,FRP)在航空、航天、交通、造船等诸多工程中得到了日益广泛的应用,而其在冲击载荷下的响应和破坏特别是分层一直为学术界所关注。本文中对FRP层合板在冲击载荷下的响应和破坏进行数值模拟,并通过引入粘结层重点研究其分层破坏。首先,介绍一种基于改进的粘结区域方法的粘结层损伤模型;其次,详细介绍了有限元模型建模过程和建模细节;最后,对有限元模型进行验证,并分析分层损伤发生的原因。模拟结果表明,该模型不仅能准确预测FRP层合板在低速冲击载荷下的载荷-时间曲线和载荷-位移曲线,还能成功地预测其分层破坏。     

大、中等质量冲头冲击下支持跨度对复合材料层压板冲击的影响分析

基于ABAQUS软件建立三种支持跨度的层压板三维有限元模型,分别计算在两种质量冲头冲击下的响应和损伤。结果表明,在判断支持跨度对冲击结果的影响时,要考虑冲头质量与板质量的比;在大质量冲头冲击的情况下,层压板的响应呈现准静态特征,层压板支持跨度的变化对,最大接触力、冲击持续时间、分层损伤面积等参数的影响较为简单明确;对于中等质量冲头情况,冲击接触时间减小,层压板振动明显,导致冲头与层压板在冲击过程中会脱离接触。在这种情况下不同跨度下板的响应差异也较为明显,冲击力的大小和损伤情况要依据具体的分析。从冲击接触时间和层压板固有振动周期的角度分析了冲头质量水平对冲击响应的影响。     

层板脱层的能量释放率分析

含脱层的层板在承受压缩载荷作用时,很容易发生局部屈曲,导致脱层扩展和结构失效.本文利用可动边界变分问题对脱层扩展进行了分析,导出了脱层前缘各点处的能量释放率表达式.本文还对浅部椭圆脱层进行计算分析,指出:其能量释放率沿脱层边界有很大变化,脱层的扩展方向取决于脱层的形状、受载方式及铺层方向.     

Experimental and numerical study of the response of flexible laminates to impact loading

Fabrics and flexible laminates comprising highly oriented polymers possess high impact resistance and are often used in flexible armour applications. This study presents an idealized computational model for flexible [0°/90°] polyethylene fiber-reinforced laminates and show how the model can simulate actual impact tests conducted on the laminates. As these materials are viscoelastic, accurate modeling of their impact and perforation responses requires the formulation of constitutive equations representing such behavior. The material is idealized as networks of one-dimensional pin-jointed fiber elements defined by viscoelastic constitutive relations. Three-element viscoelastic Zener models are used as they are simple yet sufficient to account for the effects of intermolecular and intramolecular bonds, as well as viscous slippage between molecular chains, on the mechanical properties of oriented polymeric fibers. The effects of delamination in laminates are also taken into consideration by modeling flexible laminates as two fiber network layers bonded to each other at corresponding element cross-over points in the adjacent layers. Inter-ply bonding is represented by infinitesimal rigid links which break when the inter-ply bond strength is exceeded resulting in delamination between the plies. Predictions of residual velocity, development of deformation and delamination correlate well with experimental results.     

CONTACT ANALYSIS FOR FIBER-REINFORCED, DELAMINATED LAMINATES WITH KINEMATIC NONLINEARITY

A macro-micro analytical approach for the anti-penetrating contact problem at the interfaces of the delamination in symmetrically cross-plied,fiber-reinforced rectangular laminates is presented in this paper.The laminate is simply supported and subjected to a uniform transverse load with a through-width delamination buried at the center position.A contact factor is defined to characterize the contact efect and determined using the micro-mechanics of composite material.By analyzing the kinematics of nonlinear deformation at the interfaces of the delamination,the contact force is derived.Asymptotic solutions from perturbation analysis are presented.It is found that the deformation of the laminate involves a global deflection and a local buckling.The antipenetrating contact efects are characterized by the local buckling and are intrinsic properties of the laminates,relying only on the geometries of the delamination and the material properties.Parametric analyses show that the location and size of the contact areas and the distribution of the contact force are hardly afected by the aspect ratio.     

Two-dimensional analyses of delamination buckling of symmetrically cross-ply rectangular laminates

The conventional approach to analysis the buckling of rectangular laminates containing an embedded delamination subjected to the in-plane loading is to simplify the laminate as a beam-plate from which the predicted buckling load decreases as the length of the laminate increases. Two-dimensional analyses are employed in this paper by extending the one-dimensional model to take into consideration of the influence of the delamination width on the buckling performance of the laminates. The laminate is simply supported containing a through width delamination. A new parameter β defined as the ratio of delamination length to delamination width is introduced with an emphasis on the influence of the delamination size. It is found that (i) when the ratio β is greater than one snap-through buckling prevails, the buckling load is determined by the delamination size and depth only; (ii) as the ratio β continues to increase, the buckling load will approach to a constant value. Solutions are verified with the well established results and are found in good agreement with the latter.     

纤维金属板层分层尺寸的测量方法研究

导出了纤维金属胶接层板双面裂纹搭接剪切（ＤＣＬＳ）试样分层尺寸和柔度之间的线性关系式，提出了ＤＣＬＳ试样分层尺寸的柔度测量法，并与用光测法测得的分层尺寸进行了对比。结果表明，用柔度法测定ＤＣＬＳ试样的分层尺寸，不仅测量结果准确，而且简单易行，避免了光测法的诸多麻烦和精度低的缺点。