基于压电阻抗技术的板结构损伤识别研究

发布时间：2020-07-31 11:31

【摘要】：随着土木工程中结构健康监测的快速发展,越来越多的技术用来监测结构损伤,压电阻抗法就是其中之一。目前针对板结构的研究相对较少,损伤的定量与定位问题仍待解决。本文通过在铝板、钢筋混凝土板及混凝土管片表面粘贴PZT,设置不同的损伤工况,采用压电阻抗法对结构进行损伤测试,提出新的损伤指标,综合利用理论及实验手段研究压电阻抗法在结构损伤检测中的定量和定位问题,主要研究结论如下:1.首先对基于压电阻抗法进行损伤检测的理论进行归纳总结。研究者采用压电阻抗法对不同结构进行损伤测试,通过实验探索压电阻抗法测试的规律和阻抗测量技术,如测试信号电平,频率,温度、电压、导线长度的影响,粘结层厚度,PZT尺寸及性能等;并对损伤程度进行量化评估。在压电阻抗理论公式的推导中,考虑PZT与主体结构的耦合更准确,公式推导中选用合适的动刚度计算,阻抗公式的影响因素更完善,使理论计算更接近实际结构的性能,并能通过数据的分析对损伤进行定位和定量分析。2.然后采用表面粘贴PZT的试验手段,研究基于压电阻抗法的结构损伤定位和定量方法。利用损伤指数RMSD、CC判断损伤量大小,通过绘制损伤指数分布范围图判断损伤位置。并提出了一种新的损伤指数Ry/Rx进行分析,新提出的损伤指数随着损伤量的增加,损伤指数也在增大,距离损伤位置越近,损伤指数越大,能够较好的进行损伤定位和定量分析。3.试验通过对铝板和混凝土板表面粘贴多个压电片,设置多种损伤工况,进行损伤识别;进一步对两种材料采用压电阻抗法进行损伤检测的试验,发现压电阻抗法对于混凝土板的损伤检测相比较铝板,损伤指数变化较小,测试的数据会有些偏差,但对损伤深度上的变化比较明显。试验的同时考虑了温度的影响,温度对损伤指数的影响明显,且表现出一定规律性,可以通过温度补偿的方法减小温度对损伤识别的影响。另外,通过损伤指数分布范围图能进行损伤定位分析,确定损伤发生的位置。4.接着对混凝土管片进行损伤模拟实验研究,采取螺栓松动来模拟损伤工况,通过分析发现,随着螺栓松动的角度增大,损伤指数曲线升高明显,由此判断损伤程度加大;而且螺栓附近的PZT损伤指数较大,从损伤指数分布图可以大致判断损伤发生的位置。进一步通过设置割缝来模拟,设置了三道割缝损伤,并通过分析数据进行损伤定量和损伤定位。通过试验数据显示,混凝土损伤在深度上的影响比长度上的影响更明显,可以通过损伤指数的区域分布图判断损伤发生的位置。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU317
【图文】：

压电传感器,损伤监测,阻抗,种类

曲线,损伤状态,实部,阻抗

(c)PZT3 测试阻抗曲线 (d)PZT4 测试阻抗曲线图 3-3 PZT1-PZT4 未损伤与三种损伤状态阻抗信号实部曲线(150-500 kHz)损伤 1 和损伤 2 与压电片在同一列上，而损伤 3 在 PZT2 的垂线上，从图 3-3 中可以看出，铝板出现损伤后，阻抗值减小，损伤越多，阻抗值越小；距离损伤越近，

损伤状态,温度,频率范围,第三

中科技大学博士学位论文数 RMSD 分析，PZT1，PZT2，PZT3，PZT4 测试的损伤析结果分布于图 3-4 中，频率范围 150 -500 kHz。PZT1-MSD 损伤指数列于表 3-2 中，从中可以看出，随着损伤，由于第三处损伤的位置和其他两处损伤不同，所以损PZT2 测试的损伤指数比较接近，而 PZT3 测试的 RM越近，其损伤指数也大。此处选择的室温 20℃，对于其有不同。

【参考文献】