含缺陷轻质点阵夹芯结构中弹性导波的传播特性研究

Light lattice sandwich structures are being widely used in various engineering areas. The proposal will study the elastic guided waves propagating in the lattice sandwich plates without or with defects. The periodicity of the core structures will be taken into account to develop the analytical model, efficient numerical method and measurement technique. Detailed calculations and measurements will be performed for structures with some typical defects. The effects of the defects on the behavior of the guided waves are analyized to obtain the charactorizing parameters which are sensitive to the defects. The main contants include the computational method for the periodic lattice sandwich plates without or with defects; and numerical analysis and measurements of the guided waves in two-/three-dimensional lattice sandwich plates without/with defects. The researches will be relevant to the development of the nondestructive evaluation technique of the light lattice sandwich structures.

轻质点阵夹芯结构在众多工业领域得到越来越广泛的应用，该申请项目拟针对无缺陷和含缺陷点阵夹芯板结构，考虑其芯体细观结构的周期性特点，建立弹性导波传播的理论分析模型，发展高效的计算方法和实验测量手段；对含有典型缺陷模式的若干常见结构进行详细的计算和实验研究；分析缺陷对导波传播特性的影响，获得对不同缺陷模式敏感的波动力学表征参量。主要研究内容包括：周期点阵夹芯板结构弹性导波传播问题的计算方法；无缺陷二维和三维点阵夹芯板结构的导波传播特性数值分析和实验测量；含缺陷二维和三维点阵夹芯板结构的导波传播特性分析。项目的研究成果将为发展轻质点阵夹芯板结构的超声无损检测技术奠定理论基础。

轻质点阵结构或格栅结构在众多工业领域得到越来越广泛的应用，其波动传播问题是对隔振降噪、无损检测等技术发展具有实际意义的一个基础科学问题。由于结构所具有的空间周期性，基于弹性波带隙理论的相关研究将可能为这些技术的开发提供新的思路。甚至通过巧妙的结构设计，实现某些反常的波动特性，如负折射、平板聚焦、波束弯折、隐身等。本项目针对该方面的若干基本科学问题，开展了以下研究工作并取得若干研究成果：（1）建立了有/无缺陷周期复合芯体三明治夹芯板中Lamb波传播的有限元计算模型，分析了带隙特征及其参数（几何和材料参数）依赖性；探讨了点和线缺陷对波的局域，特别是线缺陷形成的波导特性。（2）建立了轻质周期格栅夹芯板中Lamb波传播的三维实体单元有限元模型和壳单元有限元模型，给出了两种模型计算结果一致的条件；研究了夹芯层对轻质格栅夹芯板带隙的影响。（3）提出了利用超材料覆层轻质周期格栅夹芯结构中导波的缺陷态检测格栅夹芯板缺陷的新思路，并进行了有限元模拟。（4）提出了利用直臂弯折使轻质点阵结构产生多个宽带隙的思路，进行了数值分析和实验研究；设计了一个具有手性对称性的轻质格栅结构，数值实现了声波的负折射、聚焦成像、分波束等超常功能。（5）设计了若干新型的含共振单元周期开孔结构，获得了低频宽带隙，并发展了弹簧-振子模型揭示共振带隙产生的机理、预测了带隙边界；通过开孔的方式设计了一类含有特殊共振单元的三角晶格周期结构，实现了负折射和聚焦成像，并进一步引入结构变化梯度实现了蜃景、自聚焦、方向隐身等反常功能。项目的研究成果为促进轻质点阵或格栅结构的缺陷检测，以及在隔振降噪、波动调控等方面的应用，具有积极的意义。