第1章緒論（1）

1.1引言（1）

1.2結構裂紋損傷模擬研究（2）

1.2.1短梁模型（2）

1.2.2縮減的彈性模量模型（3）

1.2.模型（3）

1.2.4離散連續模型（4）

1.3結構振動能量流研究（6）

1.4結構損傷識別方法研究（10）

1.4.1基於固有頻率變化的損傷識別（11）

1.4.2基於振型變化的損傷識別（12）

1.4.3基於柔度變化的損傷識別（12）

1.4.4基於剛度變化的損傷識別（12）

1.4.5基於頻響函數的損傷識別（13）

1.4.6基於受控結構動力特性的損傷識別（13）

1.5振動能量流測量和試驗研究（15）

1.5.1接觸方法（15）

1.5.2非接觸方法（17）

1.6本書的主要內容（18）

參考文獻（19）

第2章結構振動波傳播與振動能量流（35）

2.1引言（35）

2.2結構振動波傳播（35）

2.2.1固體彈性介質中的彈性波（35）

2.2.2結構中的縱波（37）

2.2.3結構中的彎曲波（39）

2.3振動能量流方法（40）

2.3.1無限長直梁的振動能量流特性（41）

2.3.2周期簡支直梁中的振動能量流傳播（43）

2.4本章小結（46）

參考文獻（46）

第3章裂紋損傷結構的局部柔度與線彈簧模型（47）

3.1引言（47）

3.2一維損傷結構的裂紋局部柔度（48）

3.2.1耦合外力作用下的裂局部柔度矩陣（48）

3.2.2彎曲載荷作用下裂的局部柔度（52）

3.3板殼結構中損傷裂紋的線彈簧模型（55）

3.3.1表面裂紋的線彈簧模型（55）

3.3.2拉伸、彎曲載荷作用下的單邊裂紋板（58）

3.3.3內埋裂紋的線彈簧模型（59）

3.4本章小結（61）

參考文獻（62）

第4章裂紋損傷梁結構的振動能量流特性與損傷識別（63）

4.1引言（63）

4.2梁結構的彎曲振動（63）

4.2.1完善Timoshenko梁的彎曲振動（63）

4.2.2含裂紋的無限長Timoshenko梁的彎曲振動（65）

4.3梁結構振動能量流分析（67）

4.4數值計算與結果討論（68）

4.4.1裂紋梁的輸入能量流（69）

4.4.2裂紋梁的傳播能量流（70）

4.4.3裂紋Timoshenko梁理論的輸入能量流及對比（71）

4.4.4基於能量流的梁損傷識別（72）

4.5本章小結（76）

參考文獻（77）

第5章裂紋損傷板的振動能量流與損傷識別（79）

5.1引言（79）

5.2板條數學模型（79）

5.2.1完善板的彎曲振動解（79）

5.2.2含表面裂紋板的彎曲振動（80）

5.3振動能量流分析（82）

5.4數值計算與討論（84）

5.4.1數值算例（84）

5.4.2裂紋識別（90）

5.5本章小結（92）

參考文獻（92）

第6章裂紋損傷圓板的振動能量流特性（94）

6.1引言（94）

6.2彎曲振動的理論模型（94）

6.2.1圓板的彎曲振動（94）

6.2.2周向表面裂紋模型（96）

6.2.3振動波傳播中的傳遞矩陣（97）

6.2.4振動能量流分析（99）

6.3結果和討論（99）

6.4本章小結（102）

參考文獻（102）

第7章裂紋損傷圓柱殼的振動能量流特性與損傷識別（104）

7.1引言（104）

7.2完善圓柱殼的振動特性（104）

7.2.1圓柱殼振動方程（104）

7.2.2載荷及邊界條件（106）

7.2.3完善圓柱殼的振動波傳播特性（108）

7.3含環向表面裂紋圓柱殼的振動波（109）

7.3.1裂紋圓柱殼模型（109）

7.3.2裂紋圓柱殼中的波運動（111）

7.4圓柱殼中的振動能量流（113）

7.4.1輸入能量流（113）

7.4.2能量流沿殼體的傳播（113）

7.5數值分析及討論（114）

7.5.1完善殼與裂紋殼的輸入能量流（114）

7.5.2能量流沿殼體的傳播特性（118）

7.5.3利用輸入能量流等值線識別裂紋（119）

7.6本章小結（122）

參考文獻（122）

第8章基的損傷結構能量流可視化研究（124）

8.1引言（124）

8.2結構聲強的概念（124）

8.2.中的結構聲強（125）

8.2.2中的結構聲強（125）

8.2.3的結構聲強（126）

8.3基於結構聲強的能量流可視化（127）

8.3.1流線可視化技術（127）

8.3.2結構聲強矢量圖（128）

8.3.3結構聲強流線可視化（128）

8.4裂紋結構中的結構聲強與J積分（129）

8.5裂紋板結構聲強計算與討論（130）

8.5.1計算板殼結構表面聲強的有效性驗證（130）

8.5.2表面損傷板的結構聲強（133）

8.6本章小結（140）

參考文獻（141）

第9章振動能量流測量與裂紋圓柱殼振動能量流的試驗分析（143）

9.1引言（143）

9.2振動能量流測量方法（143）

9.2.1振動能量流測量研究（144）

9.2.2測量誤差分析（145）

9.2.3試驗研究（146）

9.2.4試驗結果分析（147）

9.3裂紋圓柱殼振動能量流測量研究（148）

9.3.1試驗模型及裝置（148）

9.3.2材料參數測量（150）

9.3.3試驗測試繫統及測試繫統分析（151）

9.4殼體輸入能量流測量（155）

9.4.1輸入能量流的測量方法（155）

9.4.2完善圓柱殼的輸入能量流測量值（156）

9.5裂紋損傷圓柱殼的輸入能量流測量（157）

9.5.1裂紋圓柱殼輸入能量流理論值（157）

9.5.2裂紋圓柱殼輸入能量流測量值（159）

9.5.3誤差分析（160）

9.6本章小結（161）

參考文獻（162）

工程結構在服役環境中面臨結構損傷或損傷累積的問題，從而使結構在其生命周期內的安全受到威脅。沒有被識別到的結構損傷將改變結構的強度和剛度，從而引發更大的損傷累積，zui終導致結構的突發性失效，引發災難性事故。特別是在航空、航天、海洋、搶險、救援和軍事裝備等領域出現大型、復雜結構的今天，為了保證結構和人員的安全、減少經濟損失、避免災難性的悲劇，更加迫切地希望加強對損傷識別技術的研究。如何有效識別結構的損傷，已成為國內外研究的熱點和難題，也是一個具有廣闊工程應用前景的研究課題。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》將與故障監測和診斷相關的重大產品和重大設施運行可靠性、安全性、可維護性的關鍵技術列為重要的研究方向。國家“十三五”科學和技術發展規劃中也將重大工程健康狀態的檢測、監測列為重大科學問題研究領域，將面向全生命周期的復雜裝備監測列為前沿技術研究。傳統的無損探傷方法，如超聲探傷、X射線探傷、雲紋干涉探傷等隻能對局部結構進行損傷診斷，如果結構規模較大，則對時間、經費的要求比較高。另外，由於空間、安全或者其他因素的限制，某些結構區域對於人體而言不易接近，例如空間站結構、海洋平臺、潛艇的一些特殊結構部位，這些結構不宜采用傳統的無損探傷方法來進行探傷。這就在客觀上要求在結構損傷識別領域開展新的理論基礎研究並發展新的結構損傷識別方法。對於大型柔性結構，當結構中存在裂紋時，振動波在傳播過程中反饋了介質變化的各種信息。因此可將結構能量流作為裂紋識別的指標，對裂紋損傷結構的振動能量流特性進行研究進而識別損傷。本書從結構噪聲的觀點出發，首次對裂紋損傷結構的振動能量流特性進行了理論研究和試驗研究，並在此基礎上提出了基於結構能量流的裂紋識別方法。在理論上將振動能量流的研究發展到結構損傷識別領域，在應用上提出新的識別結構損傷的測量和分析方法，可以有效地將其應用於重大工程裝備，如航空、航天、海洋、軍事裝備等的結構健康檢查與監測方面。本書的主要內容包括：①
基於振動波的結構動態行為研究方法介紹，引出結構波動過程的振動能量流概念，推導結構的輸入、傳播振動能量流公式，進行相應的測量方法、測量誤差分析。②
根據斷裂力學相關理論推導裂紋損傷結構在耦合外載荷作用下在裂紋區域的局部柔度矩陣，利用線彈簧模型來模擬板殼結構中的表面裂紋和內部裂紋，將三維裂紋模型簡化為裂紋線上作用有分布線彈簧的二維穿透裂紋模型。③
研究含有裂紋的梁結構和薄板結構的振動能量流特性，對裂紋結構能量流的輸入和傳播特性進行了計算，構造不同裂紋位置和裂紋深度下的歸一化輸入能量流等值線圖。首次提出了利用不同激勵頻率下裂紋損傷結構的輸入能量流等值線圖識別結構的裂紋位置和裂紋深度的方法。④
分析了含環向裂紋損傷的圓柱薄殼的振動能量流特性。對裂紋的張開、滑移和剪切三種狀態建立了裂紋區域的局部柔度矩陣，考慮殼體中各種不同類型的波，利用波傳播法得到了外激勵力作用下輸入到殼體中的輸入能量以及能量的傳播，給出了利用歸一化輸入能量流對殼體裂紋進行識別的方法。⑤
利用法對裂紋損傷結構的能量流進行了可視化研究。推導一維、二維和中結構聲強的表達式。然後給出了流線可視化的概念，並應用到結構聲強流線的可視化中；實現了對結構表面能量分布、傳播，以及在裂紋位置周圍的分布規律的可視化，為掌握振動能量在損傷結構的傳播、損傷的識別提供了新的手段。⑥
對含有環向表面裂紋損傷的圓柱殼結構的振動能量流進行了試驗研究，基於傳感器技術提出了對裂紋圓柱殼輸入能量流進行測量並進行裂紋識別的方法和程序。本書適合從事船舶海洋工程、航空航天工程、土木工程等領域的科研和設計人員參考閱讀，也可作為相應專業的研究生、高年級本科生的教學參考用書。本書的完成得益於國內外許多同行的多方支持，也參考了許多相關的研究成果。由於參考文獻很多，未能在書中盡列，望見諒。對於他們的貢獻，作者表示深深的感謝。作者還要感謝國家自然科學基金項目的資助，正是由於獲得兩個課題的資助（50375059，50809029）纔使得對損傷結構的振動能量流理論與識別技術的研究不斷深入、發展和完善。本書的出版，得到了華中科技大學出版基金及華中科技大學船舶與海洋工程學院出版基金的資助，作者表示衷心的感謝。