压电阻抗技术在动态信号激励梁的应用研究

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目前基于压电阻抗技术在损伤检测方面的应用研究越来越多,并取得了一定的研究成果,为结构件的损伤识别提供了一定的技术支持和指导。同时国内外学者对于研究对象的加载研究大多采用静态信号,如拉力、扭矩,而且是将压电陶瓷片贴于被测结构件上。本文综合压电阻抗技术应用研究的基础上,从理论出发,进行了一系列公式的推导,设计制造了压电阻抗传感器,结合了多种数据处理方法,探讨了阻抗技术应用于加载动态信号梁的研究,归纳总结出的研究内容和结果如下:1)总结了压电材料的问世发展信息,介绍了压电耦合系统的压电阻抗理论原理,并进行了理论分析研究,推导出了其压电耦合电导纳(电阻抗)公式,阐述了压电耦合后的电阻抗和其自身的机械阻抗之间的关系。2)理论上推导PZT自由振动下导纳公式,并得到PZT共振条件;总结了压电陶瓷片在粘贴过程中的缺陷,提出了压电阻抗传感器并进行了设计制造,从理论和实验的角度上验证了其可行性,最后进行了结构尺寸优化投入到梁的损伤(裂纹深度、裂纹数目)识别实验中,且与贴片式进行对比,得出了采用传感器式的与贴片式的规律是一致的,且效果显著。3)分析研究了梁机械阻抗理论和压电耦合梁电阻抗理论,并推导出了梁机械阻抗和压电耦合梁电阻抗公式,得出了压电耦合梁电阻抗分析的共振频率与梁机械阻抗分析的共振频率值完全一致,说明了压电耦合电阻抗能反应出铝梁机械阻抗,通过实验测定出压电耦合梁的共振频率值来测定铝梁的共振频率值,详细说明了实验的装置仪器、实验用胶体及贴片方式、实验操作的注意事项等。4)应用了压电阻抗技术对动态信号梁进行实验研究,设计确定了实验方案,搭建了实验装置,分成3个频率区域:共振区、低频非共振区、高频非共振区,且针对动态信号频率在扫频范围内外进行逐一展开探讨的,总结了实验数据处理方法,定义了影响指标,运用中归纳得出均方根偏差法和协方差法处理实验数据较好,且对比协方差法更精确。
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