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如今工程领域的安全性问题备受关注,与之相对应的工程结构健康检测被寄予了更高的希望,技术方面的要求也提到了一个更高的层次,在众多结构健康检测方法中,基于压电阻抗CElectro-mechanicalImpedance,简称EMI)技术的方法是最近十多年发展起来的一种。压电阻抗法以其特有的优势逐渐占据了结构健康检测领域里面重要的地位,该技术主要是根据压电材料的机电相合效应,使得电阻抗信息里包含机械阻抗信息,机械阻抗信息的变化可以从电阻抗信息里反映出来,其最大的优点就是对结构早期细微的损伤非常敏感,但压电阻抗技术还在从定性检测技术向定量检测技术转变的一个发展过程中,这主要受制于其物理模型的精确程度和结构高频分析复杂化,所以研究中将主要着重于这两个方面。
为了使压电阻抗技术定量化,模型的精确性至关重要,文中利用三维有限元方法建立了EMI的精确模型。该模型把压电片-粘结层-主体结构作为一个精合的系统加以考虑,并以含损伤一维杆和直梁进行了验证,把三维有限元EMI模型分别与理论推导的经典解析模型和实验结果进行对比,表明了此模型比理论解析模型更为准确更接近实际情况,并且适合高频分析。在此基础上,进行了相应的数值模拟,从损伤程度和损伤位置两个方面来验证三维有限元EMI模型的准确和可靠。文中进一步研究了三维有限元EMI模型的精确性影响因素,即其物理参数的影响,对主要的建模过程中的进行了参数分析,包括有限元单元尺寸、振动模态、裂纹深度、粘结层厚度、主体结构尺寸,得到了这些参数对压电阻抗信号的影响关系。
与理论研究相对应,对一个三层钢框架进行了检测实验,主要是对其连接点处的损伤检测,设计的实验方案包括损伤程度和损伤定位两个方面,采用拧松节点螺栓的方法模拟结构损伤,验证了压电阻抗技术能用于实际结构损伤的检测,并具备一定的可靠性和有效性。利用统计方法对实验数据进行了处理,通过基于统计方法的损伤指标来评估了结构的损伤情况,表明了基于统计方法的损伤指标可以作为损伤评定的指标,特别是均方差值(RMSD)和平均绝对偏差值(MAPD),在作为损伤指标时更为稳定可靠。
为了使压电阻抗技术定量化,模型的精确性至关重要,文中利用三维有限元方法建立了EMI的精确模型。该模型把压电片-粘结层-主体结构作为一个精合的系统加以考虑,并以含损伤一维杆和直梁进行了验证,把三维有限元EMI模型分别与理论推导的经典解析模型和实验结果进行对比,表明了此模型比理论解析模型更为准确更接近实际情况,并且适合高频分析。在此基础上,进行了相应的数值模拟,从损伤程度和损伤位置两个方面来验证三维有限元EMI模型的准确和可靠。文中进一步研究了三维有限元EMI模型的精确性影响因素,即其物理参数的影响,对主要的建模过程中的进行了参数分析,包括有限元单元尺寸、振动模态、裂纹深度、粘结层厚度、主体结构尺寸,得到了这些参数对压电阻抗信号的影响关系。
与理论研究相对应,对一个三层钢框架进行了检测实验,主要是对其连接点处的损伤检测,设计的实验方案包括损伤程度和损伤定位两个方面,采用拧松节点螺栓的方法模拟结构损伤,验证了压电阻抗技术能用于实际结构损伤的检测,并具备一定的可靠性和有效性。利用统计方法对实验数据进行了处理,通过基于统计方法的损伤指标来评估了结构的损伤情况,表明了基于统计方法的损伤指标可以作为损伤评定的指标,特别是均方差值(RMSD)和平均绝对偏差值(MAPD),在作为损伤指标时更为稳定可靠。