论文部分内容阅读
多层结构，尤其是多层粘接结构，由于具有比强度、比模量高，以及抗疲劳和减震性能优越等特点，在航空航天、军事、航海、电力、机械以及电工电子等领域得到了广泛地应用。粘接可有效避免焊接中的热应力与变形，除了适用于薄壁零件外，还非常适合焊接性能差和受热敏感的零件连接。传统的铆接不可避免的会产生应力集中，在承载条件下容易引发局部疲劳破坏，而粘接结构中应力分布较为均匀，可有效提高结构的抗疲劳性能。随着社会工业技术的发展，各行业对材料的轻、质、高强等方面的追求越来越严格，粘接结构由于其独特的优势而备受青睐。但是，粘接剂选用不当、粘接界面的处理技术不过关、粘接结构使用时间较长以及环境恶劣等因素，都极有可能造成粘接界面强度的下降，进而严重影响粘接结构的力学性能。为了保证粘接结构在制造和服役过程中的机械强度与稳定性，必须要对粘接界面的性能进行无损检测与评估。因此，针对粘接界面力学行为及其表征技术的研究具有重要的学术意义。 近年来，国内外学者针对粘接结构展开了一定的探索，同时也取得了诸多丰富有益的成果。然而调研发现，目前针对粘接结构的研究还存有若干未解决或未很好地解决的问题。因此，作为理论上的补充，本文分别基于传递矩阵方法和界面弹簧模型法，对其中存在的部分问题予以了解决。具体研究内容如下: (1)基于传递矩阵方法，建立了界面处于刚性连接的情况下，对称或反对称纵波由上下半无限基体入射时，三层板状粘接结构中纵、横波的反射与透射系数解析模型。分析了声波的入射角度、粘接层厚度以及基体材料等参数的变化对声波反射或透射特性的影响。 (2)对粘接结构中超声波的能量反射与透射机理的研究尤为重要。针对此问题，研究了板状粘接结构界面为刚性连接时，超声纵波以不同角度入射下的声波与界面的相互作用。分析了入射角度、频厚积的变化对声波能量反射与透射特性的影响。 (3)基于传递矩阵方法，以界面为刚性连接的各向同性/正交各向异性/各向同性三层结构为例，建立了此类结构中SV横波和最低阶SH导波模态(即SH0)的反射与透射系数解析模型。研究了入射角度、频厚积等参数的变化对横波传播特性的影响。 (4)基于传递矩阵方法并将脱粘界面层假定为流体薄层，构建了体波入射下具有流/固（气/固和液/固）耦合界面的脱粘结构中声反射与透射系数解析模型。首先将该方法应用于两层结构并与已有结果对比验证了所推公式的正确性。接着研究了声波入射角度、频率的变化对具有刚性连接界面的粘接结构和具有流/固耦合界面的脱粘结构中体波传播特性的影响。 (5)基于传递矩阵方法，建立了平面纵波入射时，基体厚度为有限值的浸水三层板状粘接结构界面处于刚性以及滑移连接时的纵波反射与透射系数解析模型。以界面处于刚性以及滑移连接的浸水粘接结构为例，分析了入射角度、频率的变化对纵波反射和透射特性的影响。 (6)相对于体波而言，利用超声导波对粘接结构进行检测可获取更多关于界面的局部特征信息。针对此问题，在将粘接界面简化为弹簧模型的情况下，基于波传播的控制方程，建立了板状粘接结构中含有切向刚度系数的最低阶SH导波模态(SH0)的反射与透射系数模型。研究了入射角度、频厚积和切向刚度系数的变化对处于不同界面质量的粘接结构中SH波传播特性的影响。 (7)基于波传播的控制方程，将粘接界面的力学特性用法向和切向刚度系数进行表征，提出了一种用于鉴别粘接界面质量的理论分析方法。揭示了入射角度、频厚积或界面刚度系数改变时，处于不同界面质量下的纵、横波的反射与透射系数的变化规律。