基于瞬態(tài)超聲導向波的PZT型鋼筋混凝土梁的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，運用壓電陶瓷（PZT）進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，在學術(shù)界和工業(yè)界得到了的廣泛應(yīng)用和研究。PZT不僅具備壓電效應(yīng)，而且具有性能好、造價低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各類激勵器和傳感器的制造，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供了一種新的技術(shù)手段。
　　由于混凝土微觀結(jié)構(gòu)和耦合場分析的復雜性，給基于PZT的結(jié)構(gòu)損傷識別研究帶來了困難。有限元方法可以精確的模擬并分析此類問題，本文利用商業(yè)有限元軟件ANSYS對基于PZT的混凝土結(jié)構(gòu)探傷監(jiān)測進行瞬態(tài)超聲導

2、向波法數(shù)值模擬，為后續(xù)相關(guān)試驗研究提供理論指導。本文主要研究工作包括如下幾個方面：
　　（1）介紹了壓電陶瓷的基本特性和應(yīng)力波的相關(guān)概念，根據(jù)波在傳播過程中的衰減規(guī)律，對基于瞬態(tài)超聲導向波損傷監(jiān)測的基本原理進行說明，并以鋼筋混凝土裂縫損傷為例，探討判定損傷位置基本方法。
　?。?）介紹ANSYS進行有限元分析的基本過程及其耦合場分析功能，比較不同耦合場分析方法的優(yōu)缺點，并選取直接耦合法作為模型分析的基礎(chǔ)；在此基礎(chǔ)上，對建模過

3、程中的主要參數(shù)和分析方法展開討論，標定模型的參數(shù)，精確化有限元分析結(jié)果。
　　（3）基于PZT型鋼筋試驗建立有限元模型，使用選定的壓電耦合瞬態(tài)分析進行數(shù)值計算，并與試驗數(shù)據(jù)進行對比，以驗證有限元模型；利用解析和有限元分析兩種方法討論鋼筋肋對輸出信號的影響；對有限元模型進行優(yōu)化，以達到更好的檢測效果。
　?。?）介紹PZT型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷試驗，基于此試驗建立有限元模型，模擬試驗中PZT型鋼筋混凝土試件的脫粘損傷，將模擬分析