【摘要】：基于壓電阻抗技術(shù)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測具有對微小損傷檢測靈敏度高、抗干擾能力強、信號采集方便快捷等優(yōu)點,在金屬材料、復(fù)合材料、混凝土結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測中有廣闊的應(yīng)用前景。本文將壓電阻抗技術(shù)用于壓電元件的自損傷監(jiān)測中,通過修改導(dǎo)納模型,加入壓電元件破壞與脫膠的損傷因子,利用遺傳算法進行參數(shù)識別,擬合得到損傷導(dǎo)納信號中的損傷因子值,并進行了相應(yīng)的實驗驗證,結(jié)果表明,利用修改的導(dǎo)納模型可以達到同時監(jiān)測壓電元件破壞與脫膠程度的目的。通過對導(dǎo)納公式的數(shù)值模擬仿真發(fā)現(xiàn)壓電阻抗對結(jié)構(gòu)剛度變化檢測靈敏度非常高,因此從結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)彈性模量兩方面進行了相應(yīng)的探索。厚鋼板的槽損傷實驗結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)厚度減小引起剛度降低,從而使壓電導(dǎo)納值減小。利用有限元方法對粘貼壓電片的鋁板進行分析,顯示結(jié)構(gòu)剛度與結(jié)構(gòu)彈性模量成比例關(guān)系。在鋁合金的疲勞損傷實驗中,利用損傷識別指數(shù)對損傷導(dǎo)納信號進行分析,并研究了導(dǎo)納信號、彈性模量與疲勞加載次數(shù)之間的變化規(guī)律,通過導(dǎo)納公式和測量信號擬合得到結(jié)構(gòu)剛度隨加載次數(shù)的變化。結(jié)果表明,基于壓電阻抗技術(shù)可以有效地監(jiān)測鋁合金的疲勞損傷過程。最后,研究了壓電阻抗信號與溫度的關(guān)系,基于實驗發(fā)現(xiàn)溫度變化將引起阻抗信號幅值和諧振頻率的移動,基于損傷識別指數(shù)研究了溫度補償算法,并進行了實驗驗證,結(jié)果表明,經(jīng)過溫度補償?shù)膶?dǎo)納曲線,可以利用相應(yīng)的損傷識別參數(shù)進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。
[Abstract]:The structure health monitoring based on piezoelectric impedance technology has the advantages of high sensitivity to small damage detection, strong anti-interference ability, convenient and quick signal acquisition, etc., in metal materials, composite materials, etc. The damage monitoring of concrete structure has a broad application prospect. In this paper, piezoelectric impedance technique is applied to self-damage monitoring of piezoelectric elements. By modifying admittance model, adding damage factors of damage and degumming of piezoelectric elements, genetic algorithm is used to identify parameters. The results show that the modified admittance model can be used to monitor the degree of damage and degumming of piezoelectric elements simultaneously. Through the numerical simulation of admittance formula, it is found that piezoelectric impedance has a very high sensitivity to the structural stiffness change, so the corresponding exploration is made in terms of the structure size and the elastic modulus of the structure. The experimental results of slot damage of thick steel plate show that the decrease of structure thickness leads to the decrease of stiffness and the decrease of piezoelectric admittance. The finite element method is used to analyze the aluminum plate with piezoelectric plates. It is shown that the stiffness of the structure is proportional to the elastic modulus of the structure. In the fatigue damage test of aluminum alloy, the damage admittance signal is analyzed by damage identification index, and the variation law between admittance signal, elastic modulus and fatigue loading times is studied. Through admittance formula and measurement signal fitting, the change of structure stiffness with loading times is obtained. The results show that the piezoelectric impedance technique can effectively monitor the fatigue damage process of aluminum alloy. Finally, the relationship between the piezoelectric impedance signal and temperature is studied. Based on the experimental results, it is found that the amplitude and resonant frequency of the impedance signal will move. Based on the damage identification index, the temperature compensation algorithm is studied and verified by experiments. The results show that the corresponding damage identification parameters can be used to monitor the structure health through the admittance curve of temperature compensation.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU317

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