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基于压电阻抗健康监测的实验及有限元仿真分析
| 论文题名： | 基于压电阻抗健康监测的实验及有限元仿真分析 |
| 关键词： | 结构健康监测;压电阻抗;有限元分析;混凝土;电导纳信号;温度补偿 |
| 摘要： | 近年来，以压电片作为传感器的压电阻抗技术凭借其对初始损伤敏感、可实时在线监测等优点，依靠压电材料和计算机技术的飞速发展，逐渐成为一种新型的无损检测技术。其原理为:结构损伤会改变结构的机械阻抗，由于压电材料具有机电耦合效应，可通过粘贴在主体结构表面或埋入内部的压电片电阻抗的变化来判断结构的损伤。本文所开展的主要研究工作和取得的主要成果为: (1)为研究及消除温度对阻抗信号的影响，提取压电片在不同水温下的电导纳信号。实验结果表明:随着温度的升高，电导纳频谱将向上移动，峰值对应的频率也随之增大;压电片在10℃-70℃以内可以很好的工作，不会由于高温而影响其性能;提出一种温度补偿方法来消除温度对电导纳信号的影响，并验证了此方法的有效性。 (2)对混凝土立方体标准试块裂缝深度的定量发展进行了监测。提取压电片在混凝土试块健康状况和不同损伤工况下的电导纳信号，实验结果表明:随着裂缝损伤的发展，压电片电导纳频谱发生了变化;压电片-粘结层-主体结构耦合系统的共振频率及电导信号峰值能表征混凝土裂缝深度的发展，但其存在稳定性缺陷;研究并证明了MAPD、RMSD和CCD三个传统损伤指标判断结构损伤的有效性。 (3)对混凝土梁裂缝位置的变化进行了监测。提取压电片在混凝土梁健康状况和不同损伤工况下的电导纳信号，实验结果表明:随着裂缝位置的变化，压电片电导纳频谱发生了变化;损伤指标CCD值与裂缝的位置几乎成线性关系。 (4)利用通用有限元软件ANSYS建立自由压电片、混凝土试块和混凝土梁有限元模型，数值计算结果与实验结果基本吻合，验证了压电阻抗三维有限元模型的有效性。 |
| 作者： | 李忠良 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 蔡金标 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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