高頻機電阻抗（electromechanical impedance,簡稱EMI）方法利用粘貼在結(jié)構(gòu)表面的壓電傳感器（piezoelectric transducer,簡稱PZT）進行主動激勵,通過連續(xù)監(jiān)測和分析PZT機電導納信號的變化評估結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài);然而EMI方法容易受到環(huán)境工況變化的影響,導致結(jié)構(gòu)損傷的誤報。針對此問題,采用時間序列協(xié)整方法處理及消除結(jié)構(gòu)工作載荷對阻抗譜特征信號的影響。該方法是基于結(jié)構(gòu)動荷載作用下PZT阻抗譜導納信號的非平穩(wěn)特征,將動荷載影響下的阻抗譜非平穩(wěn)時間序列經(jīng)線性組合變換成平穩(wěn)時間序列,根據(jù)得到的協(xié)整余量序列有效判斷結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。為驗證該方法的有效性,開展了動應(yīng)力影響下鋁梁結(jié)構(gòu)的螺栓松動損傷識別實驗。結(jié)果表明,協(xié)整消除了動態(tài)應(yīng)力對EMI方法的影響,當鋁梁內(nèi)存在持續(xù)變化的應(yīng)力時,仍可以準確識別螺栓松動。機電阻抗協(xié)整方法能夠消除結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中荷載作用的影響,及時準確地進行結(jié)構(gòu)損傷識別。 

【文章來源】：振動.測試與診斷. 2020,40(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

基于EMI協(xié)整方法的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測流程圖

圖5(a,b）分別為沿鋁梁軸向施加拉壓荷載后仿真計算得到的導納實部信號，選擇信號頻率范圍為20kHz～40kHz。為了更清楚地觀察信號的變化情況，分別將圖5(a,b）中33kHz～34.6kHz頻段的信號放大，結(jié)果如圖5(c,d）所示，其中0代表無荷載的基準狀態(tài)。由圖5(c）可以看到，隨著軸向拉力的增大，導納實部信號的波峰均向右偏移，且偏移程度與拉力大小呈正相關(guān)，這與上面的理論分析相符合，軸向拉力使得梁的固有頻率提高，導致導納曲線共振峰向右偏移，偏移程度與拉力大小成正比。由圖5(d）可以看到，施加軸向壓力使得導納實部信號波峰向左偏移，且偏移程度與壓力大小呈正相關(guān)，這是因為施加軸向壓力降低了梁的固有頻率。另外，圖5(a,b）中24kHz右邊的第1個共振峰的位置和峰值大小幾乎保持不變，這是因為該共振峰為縱向振動峰，不受軸向荷載的影響。圖5 鋁梁導納實部信號的仿真結(jié)果

圖4 壓電片-鋁梁有限元模型從上述仿真結(jié)果可知，載荷作用會導致導納曲線的波峰發(fā)生偏移，造成導納時間序列的不平穩(wěn)，而且各波峰變化方向一致，即各波峰頻率間有著共同的變化趨勢。因此，考慮在各波峰頻率組成的時間序列之間構(gòu)造平穩(wěn)的線性組合，利用協(xié)整處理荷載工況變化引起的非平穩(wěn)性問題，則可消除荷載對EMI方法的影響。


本文編號：3421687