【摘要】： 結構健康監(jiān)測是設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的基礎,而智能材料與結構的應用是進行結構健康監(jiān)測的重點。壓電陶瓷能與基體材料很好結合,具有制備容易、耐熱、耐濕、強度高、頻響寬等特點,另外它具有正壓電效應和逆壓電效應,即當它受到機械力變形時,能產生電勢,對它施加電壓時,能改變其機械尺寸,因此它在智能材料結構中既能用作傳感元件又能用作驅動元件。與其它壓電陶瓷相比,鋯鈦酸壓電陶瓷(PZT)有較好的機電耦合系數(shù)、壓電常數(shù)、機械品質因數(shù)、居里溫度和穩(wěn)定性等,因此,PZT能廣泛應用于智能材料結構中。 本文研究的目的在于開發(fā)一個主動的健康監(jiān)測系統(tǒng),用壓電激勵器和傳感器的嵌入網(wǎng)絡診斷技術,來檢測各向同性板中損傷的位置和尺寸。主動監(jiān)測系統(tǒng)的基本思想是:采用驅動器在復合材料表面激發(fā)主動監(jiān)測信號,與此同時傳感器在同一表面的其他一個或多個地方接收結構響應信號,并對信號進行分析,據(jù)此對結構中的損傷進行監(jiān)測。多激勵是指用多個壓電陶瓷做為激勵源,而且每一個壓電陶瓷都可以同時作為激勵和響應,可以輪換使用,因此是多點激勵,多點響應。多激勵監(jiān)測系統(tǒng)具有以下特點:靈活方便、損傷的定位準確度高,可以進行多點測量,反復定位。因此利用PZT進行做多激勵結構健康監(jiān)測有廣闊的應用前景。 本文對主動多激勵結構健康監(jiān)測系統(tǒng)進行了應用,對壓電陶瓷應用于結構健康監(jiān)測的原理進行了深入的研究,確定壓電陶瓷尺寸和頻率的對應關系,確定壓電陶瓷的極化方式和電極引出方式。對鋁板,復合材料板,支架結構進行了無損傷情況下的試驗。對于無損傷情況,利用本系統(tǒng)對鋁板結構使用四個傳感器進行損傷前不同頻率下信號的采集,驗證了主動多激勵方案的可行性。進行了損傷識別的簡單試驗,用同一個傳感器采集損傷前后的信號,用信號的差異來表征損傷。求出對損傷比較敏感的參數(shù)—群速度;群速度的求取可以直接得出鋁板的群速度色散曲線,從而把拉姆波分成S0和A0兩種模式,S0模式用來檢測金屬結構表面的裂紋擴展,A0模式對監(jiān)測復合材料的分層十分有效;由同一塊板損傷前后的響應信號,求出了反映損傷的散射波,完成對損傷程度的識別。
【圖文】：

全的、可靠的、和擔負的起的空間利用技術。歐洲航天局（ESA）風險研究和政策表明，健康監(jiān)測系統(tǒng)（HMS）對降低成本是很有效的，可大程度上減少停飛維修時間。這些系統(tǒng)在那些較小的危險部位成為危急題之前就把它識別出來，是發(fā)展更安全，更可靠和更經濟的太空運載器要的解決辦法[5]。斯坦福大學Fu-Kuo Chang教授開發(fā)的多激勵信號轉換層（SMART層帶有分布式壓電傳感器和激勵器（SMART箱），綜合激勵與傳感信息采理，發(fā)展了一種創(chuàng)新的結構健康監(jiān)測方法[6]。其主要功能可以探測結構期的損傷，鑒定損傷大小和位置，，減少制造和維修的費用，增進安全和性。SMART層是一個柔性層，帶有分布式排列的壓電傳感器，使用印路的方法制造的，它能夠容易地安裝到結構中進行實時監(jiān)測[7 ～ 10ART層上面的壓電元件網(wǎng)絡，作為激勵器和傳感器。壓電元件是壓電（PZT），它能夠作為微型激勵器使用，發(fā)出診斷波激勵結構產生振動斷波經過結構傳播到臨近的傳感器。由于診斷波傳播經過結構，結構狀一些變化將改變傳播方式，影響傳播信號。這種方法對于檢測結構關鍵部位和螺栓連接處的損傷和失效十分理想[11～17]。

階對稱和反對稱Lamb波對層合板損傷的最為曲線對于損傷的靈敏度與其傳播方向相關，以難以通過Lamb的頻散特性來檢測結構的損傷[2符合嚴格定義的Lamb波模態(tài)是很難的。在目前傳播的應力波看成是Lamb波[30]。Emmanuel M一種可移動式楔形壓電傳感產生Lamb波并基模態(tài)，與有限元的計算結果比較一致[31]。由于振特性, 直接探討應力波壓電阻抗的諧振特性徑。置于空氣或真空中，如圖 1-2 所示，X1、X2坐垂直。板內的縱波與橫波相對于X1軸以一定角面不斷受到反射并組合形成板中的導波。當板上的波數(shù)與橫波的波數(shù)相等時，由于縱波與橫生Lamb波。Lamb波具有一般導波的頻散現(xiàn)象，變化，相速度與群速度亦有不一致的現(xiàn)象。根的位移場，可以識別Lamb波的模式[32]。X3
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2006
【分類號】：TH17

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5 孫智;張志成;;基于小波變換的混凝土結構損傷監(jiān)測[A];第八屆全國振動理論及應用學術會議論文集摘要[C];2003年

6 朱宏平;余t

本文編號：2708959