载荷影响下的机电阻抗协整结构损伤识别方法

发布时间：2021-10-07 08:20

　　高频机电阻抗（electromechanical impedance,简称EMI）方法利用粘贴在结构表面的压电传感器（piezoelectric transducer,简称PZT）进行主动激励,通过连续监测和分析PZT机电导纳信号的变化评估结构的健康状态;然而EMI方法容易受到环境工况变化的影响,导致结构损伤的误报。针对此问题,采用时间序列协整方法处理及消除结构工作载荷对阻抗谱特征信号的影响。该方法是基于结构动荷载作用下PZT阻抗谱导纳信号的非平稳特征,将动荷载影响下的阻抗谱非平稳时间序列经线性组合变换成平稳时间序列,根据得到的协整余量序列有效判断结构的健康状态。为验证该方法的有效性,开展了动应力影响下铝梁结构的螺栓松动损伤识别实验。结果表明,协整消除了动态应力对EMI方法的影响,当铝梁内存在持续变化的应力时,仍可以准确识别螺栓松动。机电阻抗协整方法能够消除结构健康监测中荷载作用的影响,及时准确地进行结构损伤识别。 

【文章来源】：振动.测试与诊断. 2020,40(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

基于EMI协整方法的结构健康监测流程图

图5(a,b）分别为沿铝梁轴向施加拉压荷载后仿真计算得到的导纳实部信号，选择信号频率范围为20kHz～40kHz。为了更清楚地观察信号的变化情况，分别将图5(a,b）中33kHz～34.6kHz频段的信号放大，结果如图5(c,d）所示，其中0代表无荷载的基准状态。由图5(c）可以看到，随着轴向拉力的增大，导纳实部信号的波峰均向右偏移，且偏移程度与拉力大小呈正相关，这与上面的理论分析相符合，轴向拉力使得梁的固有频率提高，导致导纳曲线共振峰向右偏移，偏移程度与拉力大小成正比。由图5(d）可以看到，施加轴向压力使得导纳实部信号波峰向左偏移，且偏移程度与压力大小呈正相关，这是因为施加轴向压力降低了梁的固有频率。另外，图5(a,b）中24kHz右边的第1个共振峰的位置和峰值大小几乎保持不变，这是因为该共振峰为纵向振动峰，不受轴向荷载的影响。图5 铝梁导纳实部信号的仿真结果

图4 压电片-铝梁有限元模型从上述仿真结果可知，载荷作用会导致导纳曲线的波峰发生偏移，造成导纳时间序列的不平稳，而且各波峰变化方向一致，即各波峰频率间有着共同的变化趋势。因此，考虑在各波峰频率组成的时间序列之间构造平稳的线性组合，利用协整处理荷载工况变化引起的非平稳性问题，则可消除荷载对EMI方法的影响。


本文编号：3421687