壓電阻抗技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究.pdf

1、實(shí)時(shí)，在線的結(jié)構(gòu)健康狀況診斷方法的研究對(duì)于已經(jīng)服役的大型結(jié)構(gòu)的健康狀況的評(píng)估是很重要的，特別是對(duì)于微小損傷的診斷。近十年來，壓電阻抗技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)引起了廣泛的關(guān)注。其基本原理是：結(jié)構(gòu)的損傷將引起結(jié)構(gòu)機(jī)械阻抗的變化，由于結(jié)構(gòu)的機(jī)械阻抗難以通過直接測(cè)試獲得，可利用壓電材料的機(jī)電耦合效應(yīng)，將測(cè)試結(jié)構(gòu)的機(jī)械阻抗轉(zhuǎn)化為測(cè)試與之相關(guān)的壓電材料的電阻抗或者電導(dǎo)納，在測(cè)得的壓電材料電阻抗信息中便包含了結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)的信息。
　　 本文所開

2、展的主要研究工作和取得的主要成果為：
　　 一、利用壓電阻抗技術(shù)對(duì)工程結(jié)構(gòu)中常見的梁桿鋼制構(gòu)件進(jìn)行了壓電阻抗損傷識(shí)別實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：模型損傷發(fā)生后導(dǎo)納的模態(tài)峰值發(fā)生向左的偏移，不同頻域內(nèi)導(dǎo)納信號(hào)對(duì)于結(jié)構(gòu)損傷的反應(yīng)不同，一個(gè)合適的頻域可以使導(dǎo)納信號(hào)能更好地判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了損傷。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)驗(yàn)證了有限元模型的正確性。
　　 二、制作3種不同配合比的標(biāo)準(zhǔn)試塊，將壓電片粘貼于混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊表面和埋置于試塊體內(nèi)，利

3、用壓電阻抗技術(shù)，對(duì)混凝土立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度發(fā)展進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，表面粘貼和體內(nèi)埋置兩種壓電片的導(dǎo)納譜均發(fā)生了變化，但是變化形式不同。對(duì)兩種壓電片電導(dǎo)信號(hào)采用不同方式處理：對(duì)表面壓電片計(jì)算其模態(tài)頻率的變化，對(duì)內(nèi)置壓電片則引入指標(biāo)δ進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，模態(tài)頻率的變化和δ值與標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度存在定量關(guān)系，證明了采用壓電阻抗技術(shù)監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度發(fā)展是一種可行且可靠的無損監(jiān)測(cè)方法。
　　 三、將壓電片分別貼在

4、一根鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的兩個(gè)側(cè)面，利用一根分配梁對(duì)該簡(jiǎn)支梁進(jìn)行三分點(diǎn)加載，并利用壓電阻抗技術(shù)對(duì)該簡(jiǎn)支梁在荷載作用下直至破壞的過程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，探索其在整個(gè)加載直至破壞過程中壓電阻抗信號(hào)的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果證明：在高頻激勵(lì)下，壓電阻抗信號(hào)在一定范圍內(nèi)對(duì)裂縫非常敏感，而當(dāng)壓電片距離裂縫超過一定距離時(shí)，壓電阻抗信號(hào)對(duì)裂縫的靈敏度則會(huì)大大降低。對(duì)壓電阻抗信號(hào)引入導(dǎo)納的絕對(duì)值平方和指標(biāo)(MAPD)，并計(jì)算壓電阻抗信號(hào)在各個(gè)加載階段下的MAPD值，

5、發(fā)現(xiàn)隨著裂縫發(fā)展逼近壓電片，MAPD值增大明顯。即證明了利用壓電阻抗技術(shù)監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)展的可行性。
　　 四、利用通用有限元軟件ANSYS，建立自由壓電片的三維有限元模型。并通過改變壓電材料參數(shù)取值模擬溫度對(duì)壓電材料導(dǎo)納譜的影響。對(duì)自由壓電片及壓電片-粘結(jié)層-主體結(jié)構(gòu)三者耦合結(jié)構(gòu)展開實(shí)驗(yàn)研究，提取不同溫度下的導(dǎo)納值，得到的結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果吻合。導(dǎo)納頻譜隨著溫度的增加發(fā)生了向上的平移，且共振峰值增加，電納頻譜對(duì)于溫度比電導(dǎo)