压电智能结构的损伤识别研究

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近年来,压电阻抗法应用于结构健康监测引起了广泛的关注。其基本原理是:结构损伤将引起结构机械阻抗变化,由于结构的机械阻抗难以通过直接测试得到,可利用压电材料的机电耦合效应,通过粘贴在主体结构表面或埋入内部的压电片电阻抗的变化来判断主体结构的损伤。由于交变电场的工作频率属于高频范围,所以该技术对结构早期的细小损伤非常敏感。本文基于压电阻抗技术对于微小裂纹非常敏感的特点,针对土木工程中最常见的几种结构的损伤进行了损伤识别的研究,主要工作有以下几个方面:1、由于压电阻抗技术中所用到的压电片对于温度较为敏感,因此本文研究了温度因素对于PZT压电传感器的损伤识别的影响。通过运用有限元软件进行模拟,得到了不同温度下的压电片电导纳谱。其结果表明:温度的升高会影响压电片电导纳的峰值。2、针对梁结构,建立了压电片-粘结层-主体梁结构三者之间的耦合系统,通过三维有限元谐响应的分析方法,利用ANSYS软件对建立的耦合系统进行有限元模拟,验证了压电阻抗法对于损伤识别的可行性;通过有限元还分析了粘结层的一些参数(粘结层厚度、弹性模量、泊松比等)以及压电片激励电压对于压电导纳信号的影响;此外基于压电阻抗技术对板的损伤进行了研究,结果表明压电阻抗法对板类结构损伤识别的有效性。3、将压电阻抗法用于螺栓松动的损伤识别,模拟了螺栓在不同预紧力作用下其电导纳曲线的变化情况,并引入了损伤指标RMSD,该指标可以定量的识别损伤的程度和损伤扩展的趋势。以上研究工作表明,压电阻抗健康监测技术可用于工程结构的损伤识别。
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