压电智能骨料性能影响因素研究
发布时间：2020-12-15 08:22
近年来随着智能材料及智能传感器的迅速发展,结构健康监测（SHM）技术得到了进一步的提升。压电陶瓷材料因具有正逆压电效应、集驱动与传感于一身,使其在结构健康监测领域得到广泛应用。本文基于ABAQUS有限元软件采用数值模拟和试验研究的方法,对影响压电智能骨料性能的相关因素进行研究。本文首先建立压电陶瓷片-混凝土的多物理场耦合三维有限元模型,采用C3D8R三维应力单元模拟混凝土,C3D8E压电单元模拟压电陶瓷片,结合三维粘弹性时域边界条件降低有限元模型边界对应力波的反射,得到压电智能骨料发射的应力波是由纵波和剪切波构成;通过对嵌入式压电陶瓷片作为驱动器和传感器其输出响应表达式进行简单的理论推导,研究了压电陶瓷片尺寸对正逆压电效应强弱的影响,并采用数值模拟对理论结果进行验证;基于建立的三维耦合有限元模型研究了压电陶瓷片尺寸对应力波幅值的影响。根据以上理论分析和数值模拟研究得到嵌入式压电陶瓷片的驱动与传感机理:嵌入式压电陶瓷片的驱动过程主要与必1振动模式有关,传感过程主要与d33振动模式有关。试验研究压电智能骨料在制作过程中外包层材料（大理石、水泥砂浆、环氧树脂）对压电陶瓷片电阻值、电容值,以及...
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 基于压电材料的结构健康监测国内外研究现状
1.2.1 结构健康监测试验研究现状
1.2.2 有限元方法在结构健康监测中的应用
1.2.3 影响损伤识别效果因素研究
1.3 本文主要研究内容
第二章 PZT片尺寸对智能骨料性能的影响
2.1 概述
2.2 压电陶瓷-混凝土多物理场耦合有限元模型
2.2.1 有限元模型尺寸
2.2.2 压电材料参数
2.2.3 混凝土材料参数
2.2.4 激励电压信号
2.2.5 网格尺寸与时间步长设置
2.2.6 粘弹性边界
2.2.7 求解方法
2.3 数值模拟结果分析
2.4 PZT片尺寸对驱动性能的影响
2.4.1 PZT片的振动模式
2.4.2 驱动PZT响应的计算
2.4.3 PZT片尺寸对逆压电效应的影响
2.4.4 驱动PZT片尺寸对激励信号幅值的影响
2.5 PZT尺寸对传感性能的影响
2.5.1 应力波与传感PZT的力传递机制
2.5.2 传感PZT响应的计算
2.5.3 PZT片尺寸对正压电效应的影响
2.5.4 传感PZT片尺寸对输出信号幅值的影响
2.6 本章小结
第三章 外包层材料对智能骨料和监测系统性能的影响
3.1 概述
3.2 试验目的
3.3 智能骨料的制作
3.3.1 大理石外包层智能骨料的制作
3.3.2 水泥砂浆外包层智能骨料的制作
3.3.3 环氧树脂外包层智能骨料的制作
3.4 智能骨料电阻测试
3.5 智能骨料电容测试
3.6 智能监测系统性能测试
3.6.1 混凝土试件设计
3.6.2 智能骨料的固定
3.6.3 试验结果分析
3.7 本章小结
第四章 智能骨料倾斜角度对测量混凝土弹性模量的影响
4.1 概述
4.2 试验目的
4.3 试验概况
4.3.1 智能骨料
4.3.2 智能骨料的固定
4.3.3 混凝土试件设计
4.3.4 智能监测系统
4.4 试验结果分析
4.5 数值模拟
4.5.1 数值模拟结果分析
4.5.2 数值模拟结果与试验对比
4.6 本章小结
第五章 结论
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
作者简介
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压电陶瓷的钢管混凝土柱早期强度监测[J]. 何明星,吴方红,刘向东,管文强,杜国锋. 压电与声光. 2016(06)
[2]基于压电陶瓷的混凝土柱应力监测模拟研究[J]. 杜国锋,刘向东,何明星,管文强. 混凝土. 2016(09)
[3]动荷载作用下的智能骨料力电效应仿真分析[J]. 杜国锋,何明星,吴方红,别雪梦. 武汉大学学报(工学版). 2016(04)
[4]基于压电智能骨料的混凝土强度监测方法研究[J]. 孙威,陈佳,阎石,孙丽,黄友强. 混凝土与水泥制品. 2016(02)
[5]基于ABAQUS的压电智能骨料参数对灵敏度系数的影响研究[J]. 何明星,管文强,刘向东. 长江大学学报(自科版). 2016(04)
[6]基于ABAQUS的压电悬臂梁有限元仿真分析[J]. 马尧. 吉林化工学院学报. 2014(07)
[7]混凝土构件的有界性对应力波传播的影响及修正[J]. 孙威,阎石,姜绍飞. 混凝土与水泥制品. 2014(05)
[8]基于压电阻抗技术的管道多裂纹损伤识别研究[J]. 杜国锋,张志忠,张东山. 武汉理工大学学报. 2013(10)
[9]“压电片-粘结层-主体结构”动力耦合模型研究[J]. 杜国锋,朱宏平,胡均杰. 工程力学. 2013(10)
[10]基于压电波动法的混凝土裂缝损伤监测技术[J]. 孙威,阎石,焦莉,宋钢兵. 工程力学. 2013(S1)
博士论文
[1]基于压电陶瓷传感器宽频响应的结构损伤识别[D]. 李旭.大连理工大学 2015
[2]压电阻抗技术及其在铝合金疲劳损伤监测中的应用研究[D]. 李继承.大连理工大学 2012
[3]利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术[D]. 孙威.大连理工大学 2009
[4]基于压电陶瓷的结构健康监测与损伤诊断[D]. 赵晓燕.大连理工大学 2008
[5]基于反共振频率和压电阻抗的结构损伤检测[D]. 王丹生.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]基于压电陶瓷的风机叶片模型表面覆冰状态主动监测[D]. 郭雪怡.湖南大学 2016
[2]基于压电阻抗技术的层合板损伤检测数值分析和实验研究[D]. 牛冬冬.郑州大学 2016
[3]基于压电智能骨料的钢管混凝土柱应力监测与损伤诊断[D]. 吴方红.长江大学 2016
[4]压电智能骨料及其监测钢管混凝土应力数值模拟[D]. 何明星.长江大学 2016
[5]基于瑞利波法对混凝土裂缝检测的数值研究[D]. 原志杰.重庆大学 2016
[6]应力与材料构成对压电纵波在混凝土中的传输影响研究[D]. 李婷.哈尔滨工业大学 2015
[7]基于压电阻抗技术的螺栓松动监测的研究[D]. 杨志武.武汉科技大学 2015
[8]基于瑞利波的材料表面缺陷深度检测数值研究[D]. 欧阳凯.哈尔滨工业大学 2014
[9]基于压电智能骨料的混凝土渗水监测方法研究[D]. 张富尧.哈尔滨工业大学 2014
[10]基于压电陶瓷的混凝土—钢塔筒损伤监测及谱元法模拟研究[D]. 蒋凡.湖南大学 2014
本文编号：2917972
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 基于压电材料的结构健康监测国内外研究现状
1.2.1 结构健康监测试验研究现状
1.2.2 有限元方法在结构健康监测中的应用
1.2.3 影响损伤识别效果因素研究
1.3 本文主要研究内容
第二章 PZT片尺寸对智能骨料性能的影响
2.1 概述
2.2 压电陶瓷-混凝土多物理场耦合有限元模型
2.2.1 有限元模型尺寸
2.2.2 压电材料参数
2.2.3 混凝土材料参数
2.2.4 激励电压信号
2.2.5 网格尺寸与时间步长设置
2.2.6 粘弹性边界
2.2.7 求解方法
2.3 数值模拟结果分析
2.4 PZT片尺寸对驱动性能的影响
2.4.1 PZT片的振动模式
2.4.2 驱动PZT响应的计算
2.4.3 PZT片尺寸对逆压电效应的影响
2.4.4 驱动PZT片尺寸对激励信号幅值的影响
2.5 PZT尺寸对传感性能的影响
2.5.1 应力波与传感PZT的力传递机制
2.5.2 传感PZT响应的计算
2.5.3 PZT片尺寸对正压电效应的影响
2.5.4 传感PZT片尺寸对输出信号幅值的影响
2.6 本章小结
第三章 外包层材料对智能骨料和监测系统性能的影响
3.1 概述
3.2 试验目的
3.3 智能骨料的制作
3.3.1 大理石外包层智能骨料的制作
3.3.2 水泥砂浆外包层智能骨料的制作
3.3.3 环氧树脂外包层智能骨料的制作
3.4 智能骨料电阻测试
3.5 智能骨料电容测试
3.6 智能监测系统性能测试
3.6.1 混凝土试件设计
3.6.2 智能骨料的固定
3.6.3 试验结果分析
3.7 本章小结
第四章 智能骨料倾斜角度对测量混凝土弹性模量的影响
4.1 概述
4.2 试验目的
4.3 试验概况
4.3.1 智能骨料
4.3.2 智能骨料的固定
4.3.3 混凝土试件设计
4.3.4 智能监测系统
4.4 试验结果分析
4.5 数值模拟
4.5.1 数值模拟结果分析
4.5.2 数值模拟结果与试验对比
4.6 本章小结
第五章 结论
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
作者简介
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压电陶瓷的钢管混凝土柱早期强度监测[J]. 何明星,吴方红,刘向东,管文强,杜国锋. 压电与声光. 2016(06)
[2]基于压电陶瓷的混凝土柱应力监测模拟研究[J]. 杜国锋,刘向东,何明星,管文强. 混凝土. 2016(09)
[3]动荷载作用下的智能骨料力电效应仿真分析[J]. 杜国锋,何明星,吴方红,别雪梦. 武汉大学学报(工学版). 2016(04)
[4]基于压电智能骨料的混凝土强度监测方法研究[J]. 孙威,陈佳,阎石,孙丽,黄友强. 混凝土与水泥制品. 2016(02)
[5]基于ABAQUS的压电智能骨料参数对灵敏度系数的影响研究[J]. 何明星,管文强,刘向东. 长江大学学报(自科版). 2016(04)
[6]基于ABAQUS的压电悬臂梁有限元仿真分析[J]. 马尧. 吉林化工学院学报. 2014(07)
[7]混凝土构件的有界性对应力波传播的影响及修正[J]. 孙威,阎石,姜绍飞. 混凝土与水泥制品. 2014(05)
[8]基于压电阻抗技术的管道多裂纹损伤识别研究[J]. 杜国锋,张志忠,张东山. 武汉理工大学学报. 2013(10)
[9]“压电片-粘结层-主体结构”动力耦合模型研究[J]. 杜国锋,朱宏平,胡均杰. 工程力学. 2013(10)
[10]基于压电波动法的混凝土裂缝损伤监测技术[J]. 孙威,阎石,焦莉,宋钢兵. 工程力学. 2013(S1)
博士论文
[1]基于压电陶瓷传感器宽频响应的结构损伤识别[D]. 李旭.大连理工大学 2015
[2]压电阻抗技术及其在铝合金疲劳损伤监测中的应用研究[D]. 李继承.大连理工大学 2012
[3]利用压电陶瓷的智能混凝土结构健康监测技术[D]. 孙威.大连理工大学 2009
[4]基于压电陶瓷的结构健康监测与损伤诊断[D]. 赵晓燕.大连理工大学 2008
[5]基于反共振频率和压电阻抗的结构损伤检测[D]. 王丹生.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]基于压电陶瓷的风机叶片模型表面覆冰状态主动监测[D]. 郭雪怡.湖南大学 2016
[2]基于压电阻抗技术的层合板损伤检测数值分析和实验研究[D]. 牛冬冬.郑州大学 2016
[3]基于压电智能骨料的钢管混凝土柱应力监测与损伤诊断[D]. 吴方红.长江大学 2016
[4]压电智能骨料及其监测钢管混凝土应力数值模拟[D]. 何明星.长江大学 2016
[5]基于瑞利波法对混凝土裂缝检测的数值研究[D]. 原志杰.重庆大学 2016
[6]应力与材料构成对压电纵波在混凝土中的传输影响研究[D]. 李婷.哈尔滨工业大学 2015
[7]基于压电阻抗技术的螺栓松动监测的研究[D]. 杨志武.武汉科技大学 2015
[8]基于瑞利波的材料表面缺陷深度检测数值研究[D]. 欧阳凯.哈尔滨工业大学 2014
[9]基于压电智能骨料的混凝土渗水监测方法研究[D]. 张富尧.哈尔滨工业大学 2014
[10]基于压电陶瓷的混凝土—钢塔筒损伤监测及谱元法模拟研究[D]. 蒋凡.湖南大学 2014
本文编号：2917972
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