基于压电阻抗技术的木梁损伤识别研究
发布时间：2021-01-27 16:54
利用压电阻抗技术对粘贴有压电陶瓷（PZT）传感器的无损木梁和带孔洞损伤的木梁进行数值模拟和实验研究,并用损伤指数,即均方根偏差（RMSD）来定量评估木梁的阻抗值随损伤程度和损伤位置的变化关系。计算结果表明,利用压电阻抗法能够有效识别木梁的局部损伤,当PZT贴片和损伤位置的间距一定时,RMSD随损伤程度的增大而增大;当损伤程度一定时,RMSD随PZT贴片和损伤位置间距的增大而减小,数值结果与现有实验结果规律一致。相关结论证明了利用压电阻抗技术检测木梁局部损伤的有效性,可为工程实际提供参考。
【文章来源】：压电与声光. 2020,42(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
自由压电片有限元模型
计算得到压电片的阻抗实部和虚部值随频率的变化曲线如图2所示。由图可知,在100 kHz～1 MHz时阻抗实部有3个峰值,与虚部峰值在相应频率附近一一对应。其中,第1个阻抗峰值幅值(在150～300 kHz时)最大,是第2个阻抗峰值(在400～500 kHz时)和第3个阻抗峰值(在600～700 kHz时)幅值的10倍以上,因此,后续数值模拟选择150～300 kHz的频率段进行重点分析。另外,压电阻抗的实部对结构力学性能的变化更敏感和稳定,选择阻抗的实部作为后续研究参数。1.2 木梁阻抗分析
木材选用北美松木,木梁试件长200 mm,宽60 mm,厚17 mm,弹性模量为15.8 GPa,密度670 kg/m3。圆形压电陶瓷(PZT)传感器粘贴在距离木梁左侧端30 mm处。以木梁长度方向为x轴、宽度方向为y轴,厚度方向为z轴建立三维模型。木梁选用SOLID45单元。为简化问题,孔洞损伤在木梁厚度方向贯穿。孔洞损伤仅考虑孔洞直径(D)从无损状态增加到?4 mm、?6 mm、?8 mm和?11 mm,孔洞中心位置和PZT圆心位置(L)从40 mm、60 mm、80 mm增加到100 mm。不考虑粘结层影响,得到带孔洞损伤的木梁有限元模型如图3所示。考虑健康工况1个,孔洞损伤工况16个,共计17个工况,各工况的详细损伤参数如表2所示。表2 木梁孔洞损伤工况参数列表 工况编号 D/mm L/mm 工况编号 D/mm L/mm 工况1 0 0 工况10 8 40 工况2 4 40 工况11 8 60 工况3 4 60 工况12 8 80 工况4 4 80 工况13 8 100 工况5 4 100 工况14 11 40 工况6 6 40 工况15 11 60 工况7 6 60 工况16 11 80 工况8 6 80 工况17 11 100 工况9 6 100
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压电阻抗技术的导管架平台的典型节点损伤检测试验研究[J]. 陈刚,许雨心,张大朋,张充霖,张伯莹,戴伟顺. 应用力学学报. 2019(04)
[2]基于压电阻抗技术的结构损伤识别基本理论及其应用[J]. 朱宏平,王丹生,张俊兵. 工程力学. 2008(S2)
博士论文
[1]基于压电阻抗技术的板结构损伤识别研究[D]. 胡显燕.华中科技大学 2018
硕士论文
[1]基于压电阻抗的正交异性板与木梁损伤检测研究[D]. 王清华.华中科技大学 2017
本文编号：3003397
【文章来源】：压电与声光. 2020,42(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
自由压电片有限元模型
计算得到压电片的阻抗实部和虚部值随频率的变化曲线如图2所示。由图可知,在100 kHz～1 MHz时阻抗实部有3个峰值,与虚部峰值在相应频率附近一一对应。其中,第1个阻抗峰值幅值(在150～300 kHz时)最大,是第2个阻抗峰值(在400～500 kHz时)和第3个阻抗峰值(在600～700 kHz时)幅值的10倍以上,因此,后续数值模拟选择150～300 kHz的频率段进行重点分析。另外,压电阻抗的实部对结构力学性能的变化更敏感和稳定,选择阻抗的实部作为后续研究参数。1.2 木梁阻抗分析
木材选用北美松木,木梁试件长200 mm,宽60 mm,厚17 mm,弹性模量为15.8 GPa,密度670 kg/m3。圆形压电陶瓷(PZT)传感器粘贴在距离木梁左侧端30 mm处。以木梁长度方向为x轴、宽度方向为y轴,厚度方向为z轴建立三维模型。木梁选用SOLID45单元。为简化问题,孔洞损伤在木梁厚度方向贯穿。孔洞损伤仅考虑孔洞直径(D)从无损状态增加到?4 mm、?6 mm、?8 mm和?11 mm,孔洞中心位置和PZT圆心位置(L)从40 mm、60 mm、80 mm增加到100 mm。不考虑粘结层影响,得到带孔洞损伤的木梁有限元模型如图3所示。考虑健康工况1个,孔洞损伤工况16个,共计17个工况,各工况的详细损伤参数如表2所示。表2 木梁孔洞损伤工况参数列表 工况编号 D/mm L/mm 工况编号 D/mm L/mm 工况1 0 0 工况10 8 40 工况2 4 40 工况11 8 60 工况3 4 60 工况12 8 80 工况4 4 80 工况13 8 100 工况5 4 100 工况14 11 40 工况6 6 40 工况15 11 60 工况7 6 60 工况16 11 80 工况8 6 80 工况17 11 100 工况9 6 100
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压电阻抗技术的导管架平台的典型节点损伤检测试验研究[J]. 陈刚,许雨心,张大朋,张充霖,张伯莹,戴伟顺. 应用力学学报. 2019(04)
[2]基于压电阻抗技术的结构损伤识别基本理论及其应用[J]. 朱宏平,王丹生,张俊兵. 工程力学. 2008(S2)
博士论文
[1]基于压电阻抗技术的板结构损伤识别研究[D]. 胡显燕.华中科技大学 2018
硕士论文
[1]基于压电阻抗的正交异性板与木梁损伤检测研究[D]. 王清华.华中科技大学 2017
本文编号：3003397
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