【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,大型工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛,復(fù)雜的工作環(huán)境以及連續(xù)高強(qiáng)度的生產(chǎn)過程對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及損傷識別技術(shù)對于及時檢測與發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷并預(yù)判損傷的發(fā)展,避免發(fā)生安全事故造成財產(chǎn)損失及人員傷亡具有重要意義。本文進(jìn)行了基于智能壓電材料的Lamb波法結(jié)構(gòu)損傷識別研究,首先研究了Lamb波的頻散特性。對Lamb波的Rayleigh-Lamb方程進(jìn)行了變形推導(dǎo),并使用MATLAB對Lamb波的Rayleigh-Lamb方程進(jìn)行數(shù)值仿真,繪制了頻散曲線;確定A0模態(tài)和S0模態(tài)的群速度與頻厚積之間的對應(yīng)關(guān)系,作為Lamb波進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識別的依據(jù)。然后,使用ANSYS對智能壓電材料PZT的進(jìn)行了振動模態(tài)仿真分析,確定了用于激發(fā)Lamb波的激勵信號的最佳中心頻率,并結(jié)合MATLAB和ANSYS的仿真結(jié)果對激勵信號的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行選擇。最后,使用PZT作為Lamb波激勵器與接收器,進(jìn)行了Lamb波法結(jié)構(gòu)損傷識別實驗,實現(xiàn)了基于智能壓電材料的Lamb波法結(jié)構(gòu)損傷定位。實驗中,設(shè)置了實驗平臺,采用Lab VIEW設(shè)計了實驗的控制系統(tǒng),實現(xiàn)了Lamb波激發(fā)和數(shù)據(jù)采集的同步觸發(fā)。在實驗研究中,分別對健康狀態(tài)的鋁板、人工開槽損傷狀態(tài)鋁板和人工鉆孔損傷狀態(tài)鋁板進(jìn)行了損傷識別研究。對采集的實驗數(shù)據(jù),使用小波分析等信號處理技術(shù),找出了Lamb波信號傳播的時間,計算出Lamb波的傳播距離用以定位損傷的位置,并對不同類型的損傷和不同程度的損傷的波形信息進(jìn)行了比較分析。本次實驗研究實現(xiàn)了基于智能壓電材料的Lamb波法結(jié)構(gòu)損傷定位,并對結(jié)構(gòu)損傷類型和損傷程度進(jìn)行了簡要分析,為進(jìn)一步深入研究做準(zhǔn)備。
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, the application of large engineering structures and mechanical structures is becoming more and more extensive. The complex working environment and continuous and high strength production process put forward higher requirements for the stability and safety of the structures. The technology of structural health monitoring and damage identification is of great significance to detect and detect the damage of the structure and predict the development of the damage in time, and to avoid the property loss and casualties caused by the safety accident. In this paper, the damage identification of structures using Lamb wave method based on intelligent piezoelectric materials is studied. Firstly, the dispersion characteristics of Lamb waves are studied. The Rayleigh-Lamb equation of Lamb wave is deformed and the dispersion curve is drawn by using MATLAB to simulate the Rayleigh-Lamb equation of Lamb wave. The corresponding relation between group velocity and frequency thickness product of A0 mode and S0 mode is determined, which can be used as the basis for structural damage identification by Lamb wave. Then, the vibration mode simulation analysis of intelligent piezoelectric material PZT is carried out by using ANSYS, and the optimum center frequency of excitation signal for Lamb wave is determined, and the related parameters of excitation signal are selected by combining the simulation results of MATLAB and ANSYS. Finally, using PZT as the Lamb wave exciter and receiver, the structure damage identification experiment of Lamb wave method is carried out, and the damage location of Lamb wave structure based on intelligent piezoelectric material is realized. In the experiment, the experiment platform is set up, and the control system of the experiment is designed by using Lab VIEW. The synchronous trigger of Lamb wave excitation and data acquisition is realized. In the experimental study, the damage identification of the healthy aluminum plate, the artificial slotted damaged aluminum plate and the artificial borehole damaged aluminum plate were studied respectively. For the collected experimental data, wavelet analysis and other signal processing techniques are used to find out the time of Lamb wave signal propagation, and calculate the propagation distance of Lamb wave to locate the location of damage. The waveform information of different types of damage and different degrees of damage are compared and analyzed. In this experiment, the Lamb wave method based on intelligent piezoelectric materials is used to locate the damage of structures, and the damage types and damage degree of the structures are analyzed briefly, so as to prepare for further research.
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB381;TB302

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本文編號：2379291