壓電阻抗技術應用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究.pdf

1、實時，在線的結(jié)構(gòu)健康狀況診斷方法的研究對于已經(jīng)服役的大型結(jié)構(gòu)的健康狀況的評估是很重要的，特別是對于微小損傷的診斷。近十年來，壓電阻抗技術應用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測引起了廣泛的關注。其基本原理是：結(jié)構(gòu)的損傷將引起結(jié)構(gòu)機械阻抗的變化，由于結(jié)構(gòu)的機械阻抗難以通過直接測試獲得，可利用壓電材料的機電耦合效應，將測試結(jié)構(gòu)的機械阻抗轉(zhuǎn)化為測試與之相關的壓電材料的電阻抗或者電導納，在測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、利用壓電阻抗技術對工程結(jié)構(gòu)中常見的梁桿鋼制構(gòu)件進行了壓電阻抗損傷識別實驗研究。實驗結(jié)果表明：模型損傷發(fā)生后導納的模態(tài)峰值發(fā)生向左的偏移，不同頻域內(nèi)導納信號對于結(jié)構(gòu)損傷的反應不同，一個合適的頻域可以使導納信號能更好地判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了損傷。另外，實驗結(jié)果同時驗證了有限元模型的正確性。
　　 二、制作3種不同配合比的標準試塊，將壓電片粘貼于混凝土標準試塊表面和埋置于試塊體內(nèi)，利

3、用壓電阻抗技術，對混凝土立方體標準試塊的強度發(fā)展進行了監(jiān)測。試驗結(jié)果表明隨著養(yǎng)護齡期的增長，表面粘貼和體內(nèi)埋置兩種壓電片的導納譜均發(fā)生了變化，但是變化形式不同。對兩種壓電片電導信號采用不同方式處理：對表面壓電片計算其模態(tài)頻率的變化，對內(nèi)置壓電片則引入指標δ進行計算。計算結(jié)果表明，模態(tài)頻率的變化和δ值與標準試塊抗壓強度存在定量關系，證明了采用壓電阻抗技術監(jiān)測混凝土強度發(fā)展是一種可行且可靠的無損監(jiān)測方法。
　　 三、將壓電片分別貼在

4、一根鋼筋混凝土簡支梁的兩個側(cè)面，利用一根分配梁對該簡支梁進行三分點加載，并利用壓電阻抗技術對該簡支梁在荷載作用下直至破壞的過程進行了監(jiān)測，探索其在整個加載直至破壞過程中壓電阻抗信號的變化規(guī)律。實驗研究結(jié)果證明：在高頻激勵下，壓電阻抗信號在一定范圍內(nèi)對裂縫非常敏感，而當壓電片距離裂縫超過一定距離時，壓電阻抗信號對裂縫的靈敏度則會大大降低。對壓電阻抗信號引入導納的絕對值平方和指標(MAPD)，并計算壓電阻抗信號在各個加載階段下的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監(jiān)測混凝土結(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)取值模擬溫度對壓電材料導納譜的影響。對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)展開實驗研究，提取不同溫度下的導納值，得到的結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果吻合。導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，電納頻譜對于溫度比電導