基于壓電陶瓷傳感器寬頻響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷識別.pdf

1、壓電陶瓷（如鋯鈦酸鉛，Pb-based Lanthanumdoped Zirconate Titanates，簡稱PZT）材料，因其造價低廉，以及頻率響應(yīng)范圍寬等優(yōu)點，在土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。然而，盡管壓電陶瓷傳感器具有很寬的頻率響應(yīng)范圍，應(yīng)用壓電陶瓷傳感器的結(jié)構(gòu)損傷識別研究，往往只應(yīng)用到某一部分頻率范圍的傳感器信號以達到單一的監(jiān)測目的。壓電陶瓷傳感器在寬頻響應(yīng)下的動態(tài)特性及多功能監(jiān)測等方面的研究，有待進一步發(fā)展。本文進

2、行了基于壓電陶瓷傳感器在300kHz內(nèi)寬頻響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)研究，主要內(nèi)容如下:
　　(1)針對粘貼式壓電陶瓷傳感器與結(jié)構(gòu)的耦合體系，提出了一種“壓電陶瓷—粘結(jié)層—被測結(jié)構(gòu)”考慮層狀介質(zhì)剪切應(yīng)變傳遞的動態(tài)力學(xué)模型。分析了驅(qū)動頻率對壓電陶瓷傳感器應(yīng)變傳遞特性的影響。并利用該模型，分別分析了壓電陶瓷片的厚度、粘結(jié)層材料、粘結(jié)層厚度對傳感器動態(tài)特性的影響，所提模型的有效性用ANSYS有限元分析和試驗加以驗證。
　　(2)分析了

3、寬頻激勵下，嵌入式壓電陶瓷傳感器的動態(tài)性能，提出了一種“保護層—防水層—壓電陶瓷”結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學(xué)模型。分析了驅(qū)動頻率對壓電陶瓷極化方向動態(tài)應(yīng)力傳遞特性的影響，并分析了保護層、防水層的材料和厚度、壓電陶瓷片的厚度對傳感器動態(tài)性能的影響。利用ANSYS有限元分析和試驗驗證了分析的正確性。
　　(3)分析了壓電陶瓷傳感器低頻響應(yīng)“拍”信號的形成機理，通過旋轉(zhuǎn)矢量法分析了結(jié)構(gòu)的阻尼效應(yīng)、荷載沖擊方向、傳感器位置對“拍”信號的影響。根據(jù)壓電

4、陶瓷傳感器“拍”信號，提出了一種荷載沖擊方向的識別方法，并通過懸臂鋼柱的沖擊試驗驗證了方法的有效性。
　　(4)提出了一種應(yīng)用壓電陶瓷傳感器低頻應(yīng)力響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷識別方法，即基于互相關(guān)函數(shù)幅值和支持向量機的損傷識別方法，該方法僅需要壓電陶瓷傳感器測得的結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)信號，且適用于任意荷載激勵。利用IASC-ASCE Benchmark模型的數(shù)值驗證和桁架結(jié)構(gòu)模型的損傷識別試驗，驗證了方法的有效性。
　　(5)基于壓電陶瓷傳感器