基于远—近场激励下的压电阻抗法结构损伤检测研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:DAVIDIBM
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近年来,伴随着结构健康监测技术的迅猛发展,许多智能材料被应用于无损检测领域,压电阻抗技术便是最具发展前景的方法之一,其主要通过损伤发生前后电阻抗谱的变化来判断损伤的存在与大小。但阻抗分析仪所提供的驱动电压低,传感器对处于远场的微小损伤不敏感,本文提出基于远-近场双传感器激励的方法来提高检测灵敏度,在原有的阻抗PZT远端增加一个PZT传感器,同时激励两个传感器来实现远-近场激励。运用有限元软件COMSOL对三种不同的损伤模型进行数值分析并通过实验验基于远-近场双传感器激励方法检测损伤的可行性。本文推导了远-近场双传感器激励的耦合电导纳公式,发现该方法能增强某些频段的导纳峰值,可根据导纳图谱的变化程度来判断损伤的存在与大小,为了定量判断损伤,采用RMSD作为损伤指数进行分析。利用COMSOL建立二维压电耦合钢梁模型,在不同频率段下对不同损伤工况分析,分别提取本文提出的远-近场双激励法与传统单激励法的导纳谱,经过对比发现:双激励法导纳峰值比单激励法大;随着损伤的扩展,导纳峰值频率向左偏移,RMSD值增加且双激励法增加值要大于单激励法;本方法能判断损伤的扩展,相对于传统方法,能够识别远端微损伤且提高了检测灵敏度。针对于FRP与混凝土粘结界面的脱粘、钢筋混凝土梁锈蚀、钢板孔洞损伤分别进行三维数值分析,对损伤大小、检测频率段、损伤与压电传感器距离等因素进行了讨论。结果表明本方法能很好的识别以上三种损伤,随着损伤的扩展,导纳峰值频率发生偏移,RMSD值增加;低中频段对界面类损伤较敏感,高频段对孔洞及裂缝类损伤较敏感;离损伤近的PZT检测灵敏度高,离损伤远的PZT检测敏度低,相对于传统的单激励法,本文提出的方法可提高远距离PZT对于微损伤的识别能力,近距离PZT的检测灵敏度也有所提高。搭建实验平台,制作钢板孔洞试件,探究检测频率段、约束条件对电导纳信号的影响,用两种方法测量不同损伤工况下离损伤不同距离的PZT的导纳谱,得到的实验结果和有限元结果基本一致,说明了采用远-近场双传感器激励法能克服传统方法对远端微损伤敏感度的不足,提高了损伤识别灵敏度,更有利于处于任意位置的微小损伤的识别。
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