常规有限元提取Lamb波的频散曲线研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:lizhicong521
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在工程应用中,基于 Lamb波的方法是常用的无损检测方法之一。在该检测方法中,为了使产生的 Lamb波在材料中长距离传输并经过缺陷或损伤处的干涉后仍能以良好的状态被检测到,就需要波在构件中能够有效地传输。此外,Lamb波在遇到损伤后可能会出现模态转换现象,这给Lamb波的分析处理带来了额外的难度。因此,基于Lamb波的损伤检测过程中,快速便捷地建立可靠的 Lamb波频散曲线是非常重要的。本文研究常规有限元法提取结构的频散曲线,给出了有限元求解频散曲线的基本理论和过程,介绍了如何通过对结构施加可靠的边界条件和耦合来将无限大结构分割成周期性子系统。然后将该方法用于提取各向同性板和圆管的频散曲线,并将模拟得到的结果与数值计算得到的结果进行比较来验证方法的有效性。对于圆管,除了使用三维建模来计算外,还使用了二维轴对称实体单元来简化计算。结果表明,这种简化方法能够大大提高管中纵向模态和扭转模态频散曲线的提取效率。随后,文中对复合材料结构进行了相同的建模和计算。其中板结构得到的结果与 Mindlin板理论得出的结果在趋势和数值上大致相同。而管结构,由于其建模方法的局限性和有限元法的计算能力,最后得出的频率范围较窄。为了进一步验证该方法,第五章中将谱单元的建立运用在模拟Lamb波的传播当中,结果表明它与常规有限元法在很大程度上相互吻合。本文的最后,常规有限元被运用在菱形板的振动计算中,并通过与微分求积法的结果比较验证了它的可行性。比较发现,常规有限元法在大部分情况下可以给出准确的频率,但是在分析高各向异性材料板时也有可能遇到问题。这时候,选用其他更高效的方法就是必要的了。
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