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基于压电薄膜的结构应变与损伤检测研究
| 论文题名： | 基于压电薄膜的结构应变与损伤检测研究 |
| 关键词： | PVDF压电薄膜;智能传感;油漆涂层;船舶结构应变测量;裂纹深度;船舶损伤检测 |
| 摘要： | PVDF压电薄膜是一种智能传感元件，其良好的性能使PVDF压电薄膜在结构损伤检测领域有广阔的发展空间。本文对PVDF压电薄膜的多项性质进行了系统研究，并采用实验方法验证了PVDF压电薄膜性质的准确性。 首先，根据压电方程推导了在非接触测量方式下，电压表测量电压和结构表面应变分量之间的关系式，并对购置的PVDF压电薄膜进行了标定实验。 其次，针对目前PVDF压电薄膜在船舶与海洋工程结构表面应变传感应用方面存在的一些缺陷，提出一种将压电薄膜保护在结构的油漆涂层下面，并采用非接触式静电电压表检测薄膜表面感应电荷的结构表面应变测量方法。然后，从静电电压表探头的测量原理，分析了探头和被测表面之间的零电场技术，从理论上预测可以对埋藏在油漆涂层下的PVDF压电薄膜进行感应电荷检测。最后在一块平滑钢板试件上粘贴10枚压电薄膜，并进行表面油漆喷涂处理，通过试件单向加载实验，测量油漆涂层下的薄膜表面感应电荷。实验结果表明，覆盖在PVDF表面的油漆涂层有无和不同厚度对电荷信号的采集影响很小，几乎可以忽略不计。该方法在应用上具有可行性和明显的工程意义。 第三，为简化操作程序，解决工程实际测量中的实际问题，提出了一种基于压电特性的组合PVDF压电薄膜。这种组合PVDF压电薄膜具有多项优于普通PVDF压电薄膜的特点，能够大幅度节省测量成本。 最后，提出了一种利用PVDF压电薄膜来测量结构表面裂纹深度的实验方法。首先，从无限体埋藏裂纹表面法向位移间断的解析解入手，推导了结构表面裂纹张开位移和深度之间的关系表达式，并通过三维有限元数值分析对表达式进行了验证。其次，将PVDF压电薄膜直接粘贴在表面裂纹上，采用非接触式静电电压表测量薄膜表面因裂纹张开位移产生的感应电压，从而反推出裂纹张开位移量，并进一步根据已建立的关系表达式计算表面裂纹深度。本文最后制作了一个表面半椭圆片状裂纹模型，通过实验对提出的测量方法的可行性及精度进行了验证。 |
| 作者： | 孙宇 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 黄一;刘刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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