基于压电阻抗技术的结构早期裂纹识别研究
发布时间：2021-01-09 19:42
工程结构在服役过程中受环境影响,不可避免的产生局部损伤,局部损伤扩展到一定程度就会造成构件失效甚至是灾难性的事故。在这些局部损伤当中,裂纹最为常见。裂纹的初始状态都是以微裂纹形式表现出来的,识别出这些裂纹的产生及其扩展情况对结构的正常工作显得尤为重要。针对工程结构中的早期裂纹,将基于压电阻抗峰值频率偏移的方法应用于早期裂纹的识别。从理论分析和有限元仿真对该方法的关键性问题展开研究,并设计相应试验进行验证。本文的主要研究成果如下:（1）根据机电耦合结构的电导纳公式,得到导纳峰值频率与主体结构刚度的相关表达式。结构中裂纹的产生及扩展会使结构刚度减小,结构刚度的减小将会使耦合系统的谐振频率发生偏移,通过谐振频率的偏移量就可判断裂纹的大小程度,这就为识别结构裂纹产生及扩展提供了理论支持。（2）建立裂纹梁的有限元仿真模型,通过模态分析和压电阻抗分析结果揭示压电导纳信号峰值频率即为结构某阶谐振频率,表明压电阻抗法能有效检测结构的动力学特性。利用有限元软件模拟结构在不同裂纹程度下压电导纳信号的变化趋势,得出导纳峰值频率与裂纹大小程度的关系。（3）构建了梁试验装置,研究不同大小裂纹和不同频段对安装在梁...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
杭州滨江塔机裂纹
现构裂纹缺陷进行检测的基本原理为？？裂纹缺陷的存在及扩展会使声、光、电、热、磁等物理性质反应的变化，通过相应的评价指构的裂纹存在形式及裂纹大小程度［３］。这种检测一般由无损检测来的无损检测方法有磁粉检测、渗透检测、射线检测、超声波检测、红外热成像检测。??粉检测??磁粉检测裂纹⑷的流程为：磁化被检工件后，在其表面施加细磁与工件的磁导率差异很大，磁感应线一部分从缺陷上方空气穿过，穿过，形成漏磁场，漏磁场吸引磁粉在裂纹处形成磁痕，通过磁对裂纹进行定位，检测原理如图１．３所示。尽管该方法对工件的求，操作简单廉价，检测精度也较高，但是，它仅限于铁磁性材检测，同时精度随工件深度的增加急剧降低。??
随裂纹产生及扩展发生规律性变化，为压电材料安装在结构表面进行损伤识别提??供理论上的支持。??３．１耦合结构的压电阻抗仿真模型??压电分析即涉及到结构场的分析，又包含电场分析，是涵盖多个物理场的耦??合分析。它最大的特点是可以将结构场和电场稱合成一个系统，系统里的机械能??与电能可以互相转换。由于ＡＮＳＹＳ具有比较完整且成熟的压电分析模块，这里??选用ＡＮＳＹＳ有限元软件进行压电阻抗分析分析。??为了探究裂纹产生及扩展对阻抗信号中导纳峰值频率的影响，本章以梁为对??象进行了压电阻抗分析，材料为铝合金，仿真模型如图３．２所示。依据实际情况??可将该模型等效划分为二个区域：压电片区域，相应的尺寸为８ｍｍｘ７ｒｎｍ＞＜ｌｒｒｉｍ；??粘结层区域，尺寸选取为８＿＞＜７＿＞＜〇．１２５＿；主结构梁区域，其尺寸控制为??２５０ｍｍ＞＜３〇＿ｘ５ｍｍ。以〇．５ｍｍ宽、１ｍｍ深的凹型槽来模拟裂纹，仅改变槽的长??度（从０ｍｍ－６ｍｎ＞１２ｍｍ）来模拟裂纹的扩展，压电片与梁的位置如图３．１所示。??，—?｜?????
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维埋藏裂纹的非线性Lamb波敏感性研究[J]. 高闻,李义丰,祝伟光,陈萱. 南京大学学报(自然科学). 2018(05)
[2]基于螺母外侧压电材料阻抗峰值频率变化的螺栓松动监测[J]. 汪正傲,王涛,李友荣,邵俊华,魏灯莱. 传感技术学报. 2018(06)
[3]基于morlet小波与模态分析的突发型声发射源定位研究[J]. 王少锋,刘朋真,王道瑞,王建国. 传感技术学报. 2017(08)
[4]基于涡流热成像的铁磁材料近表面微裂纹检测[J]. 闫会朋,杨正伟,田干,明安波,张炜. 红外与激光工程. 2017(03)
[5]脉冲涡流热成像的自适应异常提取算法[J]. 王晓娜,杨沛,侯德鑫,叶树亮. 仪器仪表学报. 2016(08)
[6]基于压电阻抗技术的铝梁损伤定位试验研究[J]. 李成,陈功轩,铁瑛,牛冬冬. 郑州大学学报(工学版). 2016(04)
[7]基于RQA与SVM的声发射信号检测识别方法[J]. 司莉,毕贵红,魏永刚,陶然,张寿明. 振动与冲击. 2016(02)
[8]基于压电时间反演法的螺栓松动检测研究[J]. 王涛,刘绍鹏,李川,刘佳来,杨丹,李友荣. 传感技术学报. 2015(12)
[9]基于声发射/机器视觉的再制造曲轴弯曲疲劳裂纹监测[J]. 刘慎水,董丽虹,王海斗,薛楠,李国禄. 内燃机学报. 2015(06)
[10]基于机电阻抗法的桁架结构加载状况监测[J]. 刘增华,张龙,何存富,吴斌. 北京工业大学学报. 2015(08)
本文编号：2967278
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
杭州滨江塔机裂纹
现构裂纹缺陷进行检测的基本原理为？？裂纹缺陷的存在及扩展会使声、光、电、热、磁等物理性质反应的变化，通过相应的评价指构的裂纹存在形式及裂纹大小程度［３］。这种检测一般由无损检测来的无损检测方法有磁粉检测、渗透检测、射线检测、超声波检测、红外热成像检测。??粉检测??磁粉检测裂纹⑷的流程为：磁化被检工件后，在其表面施加细磁与工件的磁导率差异很大，磁感应线一部分从缺陷上方空气穿过，穿过，形成漏磁场，漏磁场吸引磁粉在裂纹处形成磁痕，通过磁对裂纹进行定位，检测原理如图１．３所示。尽管该方法对工件的求，操作简单廉价，检测精度也较高，但是，它仅限于铁磁性材检测，同时精度随工件深度的增加急剧降低。??
随裂纹产生及扩展发生规律性变化，为压电材料安装在结构表面进行损伤识别提??供理论上的支持。??３．１耦合结构的压电阻抗仿真模型??压电分析即涉及到结构场的分析，又包含电场分析，是涵盖多个物理场的耦??合分析。它最大的特点是可以将结构场和电场稱合成一个系统，系统里的机械能??与电能可以互相转换。由于ＡＮＳＹＳ具有比较完整且成熟的压电分析模块，这里??选用ＡＮＳＹＳ有限元软件进行压电阻抗分析分析。??为了探究裂纹产生及扩展对阻抗信号中导纳峰值频率的影响，本章以梁为对??象进行了压电阻抗分析，材料为铝合金，仿真模型如图３．２所示。依据实际情况??可将该模型等效划分为二个区域：压电片区域，相应的尺寸为８ｍｍｘ７ｒｎｍ＞＜ｌｒｒｉｍ；??粘结层区域，尺寸选取为８＿＞＜７＿＞＜〇．１２５＿；主结构梁区域，其尺寸控制为??２５０ｍｍ＞＜３〇＿ｘ５ｍｍ。以〇．５ｍｍ宽、１ｍｍ深的凹型槽来模拟裂纹，仅改变槽的长??度（从０ｍｍ－６ｍｎ＞１２ｍｍ）来模拟裂纹的扩展，压电片与梁的位置如图３．１所示。??，—?｜?????
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维埋藏裂纹的非线性Lamb波敏感性研究[J]. 高闻,李义丰,祝伟光,陈萱. 南京大学学报(自然科学). 2018(05)
[2]基于螺母外侧压电材料阻抗峰值频率变化的螺栓松动监测[J]. 汪正傲,王涛,李友荣,邵俊华,魏灯莱. 传感技术学报. 2018(06)
[3]基于morlet小波与模态分析的突发型声发射源定位研究[J]. 王少锋,刘朋真,王道瑞,王建国. 传感技术学报. 2017(08)
[4]基于涡流热成像的铁磁材料近表面微裂纹检测[J]. 闫会朋,杨正伟,田干,明安波,张炜. 红外与激光工程. 2017(03)
[5]脉冲涡流热成像的自适应异常提取算法[J]. 王晓娜,杨沛,侯德鑫,叶树亮. 仪器仪表学报. 2016(08)
[6]基于压电阻抗技术的铝梁损伤定位试验研究[J]. 李成,陈功轩,铁瑛,牛冬冬. 郑州大学学报(工学版). 2016(04)
[7]基于RQA与SVM的声发射信号检测识别方法[J]. 司莉,毕贵红,魏永刚,陶然,张寿明. 振动与冲击. 2016(02)
[8]基于压电时间反演法的螺栓松动检测研究[J]. 王涛,刘绍鹏,李川,刘佳来,杨丹,李友荣. 传感技术学报. 2015(12)
[9]基于声发射/机器视觉的再制造曲轴弯曲疲劳裂纹监测[J]. 刘慎水,董丽虹,王海斗,薛楠,李国禄. 内燃机学报. 2015(06)
[10]基于机电阻抗法的桁架结构加载状况监测[J]. 刘增华,张龙,何存富,吴斌. 北京工业大学学报. 2015(08)
本文编号：2967278
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