近年來隨著智能材料及智能傳感器的迅速發(fā)展,結(jié)構健康監(jiān)測（SHM）技術得到了進一步的提升。壓電陶瓷材料因具有正逆壓電效應、集驅(qū)動與傳感于一身,使其在結(jié)構健康監(jiān)測領域得到廣泛應用。本文基于ABAQUS有限元軟件采用數(shù)值模擬和試驗研究的方法,對影響壓電智能骨料性能的相關因素進行研究。本文首先建立壓電陶瓷片-混凝土的多物理場耦合三維有限元模型,采用C3D8R三維應力單元模擬混凝土,C3D8E壓電單元模擬壓電陶瓷片,結(jié)合三維粘彈性時域邊界條件降低有限元模型邊界對應力波的反射,得到壓電智能骨料發(fā)射的應力波是由縱波和剪切波構成;通過對嵌入式壓電陶瓷片作為驅(qū)動器和傳感器其輸出響應表達式進行簡單的理論推導,研究了壓電陶瓷片尺寸對正逆壓電效應強弱的影響,并采用數(shù)值模擬對理論結(jié)果進行驗證;基于建立的三維耦合有限元模型研究了壓電陶瓷片尺寸對應力波幅值的影響。根據(jù)以上理論分析和數(shù)值模擬研究得到嵌入式壓電陶瓷片的驅(qū)動與傳感機理:嵌入式壓電陶瓷片的驅(qū)動過程主要與必1振動模式有關,傳感過程主要與d33振動模式有關。試驗研究壓電智能骨料在制作過程中外包層材料（大理石、水泥砂漿、環(huán)氧樹脂）對壓電陶瓷片電阻值、電容值,以及... 

【文章來源】：沈陽建筑大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
        1.1.1 課題研究背景
        1.1.2 研究的目的和意義
    1.2 基于壓電材料的結(jié)構健康監(jiān)測國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 結(jié)構健康監(jiān)測試驗研究現(xiàn)狀
        1.2.2 有限元方法在結(jié)構健康監(jiān)測中的應用
        1.2.3 影響損傷識別效果因素研究
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第二章 PZT片尺寸對智能骨料性能的影響
    2.1 概述
    2.2 壓電陶瓷-混凝土多物理場耦合有限元模型
        2.2.1 有限元模型尺寸
        2.2.2 壓電材料參數(shù)
        2.2.3 混凝土材料參數(shù)
        2.2.4 激勵電壓信號
        2.2.5 網(wǎng)格尺寸與時間步長設置
        2.2.6 粘彈性邊界
        2.2.7 求解方法
    2.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析
    2.4 PZT片尺寸對驅(qū)動性能的影響
        2.4.1 PZT片的振動模式
        2.4.2 驅(qū)動PZT響應的計算
        2.4.3 PZT片尺寸對逆壓電效應的影響
        2.4.4 驅(qū)動PZT片尺寸對激勵信號幅值的影響
    2.5 PZT尺寸對傳感性能的影響
        2.5.1 應力波與傳感PZT的力傳遞機制
        2.5.2 傳感PZT響應的計算
        2.5.3 PZT片尺寸對正壓電效應的影響
        2.5.4 傳感PZT片尺寸對輸出信號幅值的影響
    2.6 本章小結(jié)
第三章 外包層材料對智能骨料和監(jiān)測系統(tǒng)性能的影響
    3.1 概述
    3.2 試驗目的
    3.3 智能骨料的制作
        3.3.1 大理石外包層智能骨料的制作
        3.3.2 水泥砂漿外包層智能骨料的制作
        3.3.3 環(huán)氧樹脂外包層智能骨料的制作
    3.4 智能骨料電阻測試
    3.5 智能骨料電容測試
    3.6 智能監(jiān)測系統(tǒng)性能測試
        3.6.1 混凝土試件設計
        3.6.2 智能骨料的固定
        3.6.3 試驗結(jié)果分析
    3.7 本章小結(jié)
第四章 智能骨料傾斜角度對測量混凝土彈性模量的影響
    4.1 概述
    4.2 試驗目的
    4.3 試驗概況
        4.3.1 智能骨料
        4.3.2 智能骨料的固定
        4.3.3 混凝土試件設計
        4.3.4 智能監(jiān)測系統(tǒng)
    4.4 試驗結(jié)果分析
    4.5 數(shù)值模擬
        4.5.1 數(shù)值模擬結(jié)果分析
        4.5.2 數(shù)值模擬結(jié)果與試驗對比
    4.6 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
作者簡介
作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于壓電陶瓷的鋼管混凝土柱早期強度監(jiān)測[J]. 何明星,吳方紅,劉向東,管文強,杜國鋒.  壓電與聲光. 2016(06)
[2]基于壓電陶瓷的混凝土柱應力監(jiān)測模擬研究[J]. 杜國鋒,劉向東,何明星,管文強.  混凝土. 2016(09)
[3]動荷載作用下的智能骨料力電效應仿真分析[J]. 杜國鋒,何明星,吳方紅,別雪夢.  武漢大學學報(工學版). 2016(04)
[4]基于壓電智能骨料的混凝土強度監(jiān)測方法研究[J]. 孫威,陳佳,閻石,孫麗,黃友強.  混凝土與水泥制品. 2016(02)
[5]基于ABAQUS的壓電智能骨料參數(shù)對靈敏度系數(shù)的影響研究[J]. 何明星,管文強,劉向東.  長江大學學報(自科版). 2016(04)
[6]基于ABAQUS的壓電懸臂梁有限元仿真分析[J]. 馬堯.  吉林化工學院學報. 2014(07)
[7]混凝土構件的有界性對應力波傳播的影響及修正[J]. 孫威,閻石,姜紹飛.  混凝土與水泥制品. 2014(05)
[8]基于壓電阻抗技術的管道多裂紋損傷識別研究[J]. 杜國鋒,張志忠,張東山.  武漢理工大學學報. 2013(10)
[9]“壓電片-粘結(jié)層-主體結(jié)構”動力耦合模型研究[J]. 杜國鋒,朱宏平,胡均杰.  工程力學. 2013(10)
[10]基于壓電波動法的混凝土裂縫損傷監(jiān)測技術[J]. 孫威,閻石,焦莉,宋鋼兵.  工程力學. 2013(S1)

博士論文
[1]基于壓電陶瓷傳感器寬頻響應的結(jié)構損傷識別[D]. 李旭.大連理工大學 2015
[2]壓電阻抗技術及其在鋁合金疲勞損傷監(jiān)測中的應用研究[D]. 李繼承.大連理工大學 2012
[3]利用壓電陶瓷的智能混凝土結(jié)構健康監(jiān)測技術[D]. 孫威.大連理工大學 2009
[4]基于壓電陶瓷的結(jié)構健康監(jiān)測與損傷診斷[D]. 趙曉燕.大連理工大學 2008
[5]基于反共振頻率和壓電阻抗的結(jié)構損傷檢測[D]. 王丹生.華中科技大學 2006

碩士論文
[1]基于壓電陶瓷的風機葉片模型表面覆冰狀態(tài)主動監(jiān)測[D]. 郭雪怡.湖南大學 2016
[2]基于壓電阻抗技術的層合板損傷檢測數(shù)值分析和實驗研究[D]. 牛冬冬.鄭州大學 2016
[3]基于壓電智能骨料的鋼管混凝土柱應力監(jiān)測與損傷診斷[D]. 吳方紅.長江大學 2016
[4]壓電智能骨料及其監(jiān)測鋼管混凝土應力數(shù)值模擬[D]. 何明星.長江大學 2016
[5]基于瑞利波法對混凝土裂縫檢測的數(shù)值研究[D]. 原志杰.重慶大學 2016
[6]應力與材料構成對壓電縱波在混凝土中的傳輸影響研究[D]. 李婷.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[7]基于壓電阻抗技術的螺栓松動監(jiān)測的研究[D]. 楊志武.武漢科技大學 2015
[8]基于瑞利波的材料表面缺陷深度檢測數(shù)值研究[D]. 歐陽凱.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[9]基于壓電智能骨料的混凝土滲水監(jiān)測方法研究[D]. 張富堯.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[10]基于壓電陶瓷的混凝土—鋼塔筒損傷監(jiān)測及譜元法模擬研究[D]. 蔣凡.湖南大學 2014



本文編號：2917972