發(fā)布時間：2020-07-31 11:31

【摘要】：隨著土木工程中結構健康監(jiān)測的快速發(fā)展,越來越多的技術用來監(jiān)測結構損傷,壓電阻抗法就是其中之一。目前針對板結構的研究相對較少,損傷的定量與定位問題仍待解決。本文通過在鋁板、鋼筋混凝土板及混凝土管片表面粘貼PZT,設置不同的損傷工況,采用壓電阻抗法對結構進行損傷測試,提出新的損傷指標,綜合利用理論及實驗手段研究壓電阻抗法在結構損傷檢測中的定量和定位問題,主要研究結論如下:1.首先對基于壓電阻抗法進行損傷檢測的理論進行歸納總結。研究者采用壓電阻抗法對不同結構進行損傷測試,通過實驗探索壓電阻抗法測試的規(guī)律和阻抗測量技術,如測試信號電平,頻率,溫度、電壓、導線長度的影響,粘結層厚度,PZT尺寸及性能等;并對損傷程度進行量化評估。在壓電阻抗理論公式的推導中,考慮PZT與主體結構的耦合更準確,公式推導中選用合適的動剛度計算,阻抗公式的影響因素更完善,使理論計算更接近實際結構的性能,并能通過數(shù)據(jù)的分析對損傷進行定位和定量分析。2.然后采用表面粘貼PZT的試驗手段,研究基于壓電阻抗法的結構損傷定位和定量方法。利用損傷指數(shù)RMSD、CC判斷損傷量大小,通過繪制損傷指數(shù)分布范圍圖判斷損傷位置。并提出了一種新的損傷指數(shù)Ry/Rx進行分析,新提出的損傷指數(shù)隨著損傷量的增加,損傷指數(shù)也在增大,距離損傷位置越近,損傷指數(shù)越大,能夠較好的進行損傷定位和定量分析。3.試驗通過對鋁板和混凝土板表面粘貼多個壓電片,設置多種損傷工況,進行損傷識別;進一步對兩種材料采用壓電阻抗法進行損傷檢測的試驗,發(fā)現(xiàn)壓電阻抗法對于混凝土板的損傷檢測相比較鋁板,損傷指數(shù)變化較小,測試的數(shù)據(jù)會有些偏差,但對損傷深度上的變化比較明顯。試驗的同時考慮了溫度的影響,溫度對損傷指數(shù)的影響明顯,且表現(xiàn)出一定規(guī)律性,可以通過溫度補償?shù)姆椒p小溫度對損傷識別的影響。另外,通過損傷指數(shù)分布范圍圖能進行損傷定位分析,確定損傷發(fā)生的位置。4.接著對混凝土管片進行損傷模擬實驗研究,采取螺栓松動來模擬損傷工況,通過分析發(fā)現(xiàn),隨著螺栓松動的角度增大,損傷指數(shù)曲線升高明顯,由此判斷損傷程度加大;而且螺栓附近的PZT損傷指數(shù)較大,從損傷指數(shù)分布圖可以大致判斷損傷發(fā)生的位置。進一步通過設置割縫來模擬,設置了三道割縫損傷,并通過分析數(shù)據(jù)進行損傷定量和損傷定位。通過試驗數(shù)據(jù)顯示,混凝土損傷在深度上的影響比長度上的影響更明顯,可以通過損傷指數(shù)的區(qū)域分布圖判斷損傷發(fā)生的位置。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU317
【圖文】：

(c) 聚偏二氟乙烯（PVDF）傳感器圖 1-3 壓電傳感器種類很多都是基于阻抗進行損傷監(jiān)測。隨著信號處理技術的發(fā)展以及硬件 MEMS）的改善，壓電傳感器能實現(xiàn)結構健康監(jiān)測的實時監(jiān)測[66,67]。

(c)PZT3 測試阻抗曲線 (d)PZT4 測試阻抗曲線圖 3-3 PZT1-PZT4 未損傷與三種損傷狀態(tài)阻抗信號實部曲線(150-500 kHz)損傷 1 和損傷 2 與壓電片在同一列上，而損傷 3 在 PZT2 的垂線上，從圖 3-3 中可以看出，鋁板出現(xiàn)損傷后，阻抗值減小，損傷越多，阻抗值越��；距離損傷越近，

中 科 技 大 學 博 士 學 位 論 文數(shù) RMSD 分析，PZT1，PZT2，PZT3，PZT4 測試的損傷析結果分布于圖 3-4 中，頻率范圍 150 -500 kHz。PZT1-MSD 損傷指數(shù)列于表 3-2 中，從中可以看出，隨著損傷，由于第三處損傷的位置和其他兩處損傷不同，所以損PZT2 測試的損傷指數(shù)比較接近，而 PZT3 測試的 RM越近，其損傷指數(shù)也大。此處選擇的室溫 20℃，對于其有不同。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 蔡金標;李忠良;樓旦豐;陳雙聰;張燕青;;基于壓電阻抗的混凝土裂縫深度發(fā)展定量研究[J];壓電與聲光;2014年01期

2 劉麗;陳雨;徐志龍;汪琴;趙愛榮;;基于ANSYS的埋入混凝土中壓電陶瓷諧振頻率分析[J];傳感技術學報;2014年01期

3 朱勁松;何立坤;王詩青;;基于PZT波傳播法混凝土結構損傷識別的數(shù)值模擬[J];混凝土;2011年03期

4 蔡金標;陳勇;嚴蔚;;基于三維有限元分析的壓電阻抗模型及其應用[J];浙江大學學報(工學版);2010年12期

5 周宏;閻石;孫威;;利用壓電智能骨料對混凝土結構損傷的識別研究[J];混凝土;2009年04期

6 朱宏平;王丹生;張俊兵;;基于壓電阻抗技術的結構損傷識別基本理論及其應用[J];工程力學;2008年S2期

7 焦莉;李宏男;;PZT的EMI技術在土木工程健康監(jiān)測中的研究進展[J];防災減災工程學報;2006年01期

8 歐進萍;;土木工程結構用智能感知材料、傳感器與健康監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)現(xiàn)狀[J];功能材料信息;2005年05期

9 崔迪,李宏男,宋鋼兵;形狀記憶合金在土木工程中的研究與應用進展[J];防災減災工程學報;2005年01期

10 李宏男,趙曉燕;壓電智能傳感結構在土木工程中的研究和應用[J];地震工程與工程振動;2004年06期

相關博士學位論文 前4條

1 孫威;利用壓電陶瓷的智能混凝土結構健康監(jiān)測技術[D];大連理工大學;2009年

2 任亮;光纖光柵傳感技術在結構健康監(jiān)測中的應用[D];大連理工大學;2008年

3 嚴蔚;EMI結構健康監(jiān)測技術與定量化分析[D];浙江大學;2007年

4 丁睿;工程健康監(jiān)測的分布式光纖傳感技術及應用研究[D];四川大學;2005年

本文編號：2776412