基于压电传感技术的木连接损伤识别研究

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木材作为传统建筑材料,具有绿色环保、可再生、易加工等特点,被广泛用于古代和现代建筑中。作为木结构的关键承力部位,木连接节点受力复杂,也会出现诸如松动、腐烂、开裂、缺损等不同程度的损伤,继而削弱结构整体的强度、刚度和稳定性,最终影响木结构的使用寿命。因此,对木连接节点进行损伤识别和健康监测研究是必要的,这是保证木结构整体安全性和可靠性的重要条件。近年来基于压电陶瓷传感器的主动传感技术已广泛应用于土木工程结构的损伤识别和健康监测中,但对木结构的损伤尤其是作为关键部位的木连接节点处的损伤研究相对较少,本文以数值模拟与实验相结合的方式,基于压电主动传感技术对木连接节点处损伤识别进行研究。首先介绍了压电主动传感技术的国内外研究现状和基本理论。使用ABAQUS有限元分析软件建立了基于压电主动传感技术的典型木连接——榫卯连接和螺栓连接的数值模型,进行了基于压电主动传感技术的木连接损伤识别数值模拟;分析了接收端传感器采集的信号值与损伤程度的关系;对压电片所接收信号进行小波包分解,并以各频段信号能量的总和作为能量指标对不同损伤工况进行定量评估;证明了压电主动传感技术对于木连接节点处损伤识别的有效性和可行性;在有限元分析的基础上开展了基于压电主动传感技术的木连接节点损伤识别实验研究,研究了五种典型木连接方式,分析了接收端传感器采集到的信号能量,经小波包能量法分析后得出能量指标进行损伤的量化分析。实验结果与数值模拟结果规律一致,验证了压电主动传感技术对于木连接节点处损伤识别的有效性与可行性。建立并训练了BP神经网络,实现了对典型木连接——榫卯结构连接处损伤程度与类型的识别。
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