發(fā)布時(shí)間：2019-01-30 18:16

【摘要】：水泥基壓電復(fù)合材料具有與混凝土相容性好、響應(yīng)速度快、傳感精度高,集傳感和驅(qū)動(dòng)一體化的優(yōu)異特性,非常適合于監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷、變形和內(nèi)部應(yīng)力變化等情況。然而由單一的壓電陶瓷經(jīng)切割-澆注法制備而成的壓電復(fù)合材料具有平面橫觀各向同性,對(duì)于來(lái)自不同方向的結(jié)構(gòu)損傷信息無(wú)法有效鑒別。因此研制具有平面各向異性的水泥基壓電復(fù)合材料,實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損傷源的精確定位具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以PZT-5壓電陶瓷作為功能相,以聚合物/水泥的混合物作為基體相,結(jié)合切割-澆注與排列-澆注的方法,改進(jìn)工藝方法制備了1-3型正交異性壓電復(fù)合材料(OPCM),并對(duì)不同高度,不同寬度,不同并聯(lián)個(gè)數(shù)、不同基體配合比下的1-3型OPCM的壓電性能、介電性能、機(jī)電耦合性能做了探討。結(jié)果表明:1-3型OPCM的壓電應(yīng)變常數(shù)與壓電電壓常數(shù)隨高度增加不發(fā)生明顯變化,介電常數(shù)εr與介電損耗tanδ呈現(xiàn)不規(guī)律變化,諧振頻率隨著高度變化出現(xiàn)耦合作用;1-3型OPCM隨寬度增加壓電應(yīng)變常數(shù)增加,壓電電壓常數(shù)減小,介電常數(shù)εr增加,介電損耗tanδ減低,諧振頻率向低頻移動(dòng);1-3型OPCM的壓電應(yīng)變常數(shù)隨基體中水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加略微降低,壓電電壓常數(shù)、介電常數(shù)εr與介電損耗tanδ呈現(xiàn)不規(guī)律變化,基體配合比對(duì)壓電復(fù)合材料的機(jī)電耦合性能影響較小;1-3型OPCM的壓電應(yīng)變常數(shù)與壓電電壓常數(shù)隨壓電相并聯(lián)級(jí)數(shù)的增加顯著增大,介電常數(shù)εr降低,介電損耗tanδ增大,不同寬度的壓電復(fù)合材料隨并聯(lián)級(jí)數(shù)的增加其阻抗值降低。對(duì)不同高度,不同寬度,不同并聯(lián)個(gè)數(shù)、不同基體配合比下的1-3型OPCM正交異性特性做了研究。結(jié)果表明,高度的變化對(duì)1-3型OPCM的正交異性特性影響不大;寬度的增加對(duì)1-3型OPCM正交異性特性影響不大,但其在正交方向上的接收到的電壓信號(hào)幅值呈現(xiàn)略微增大趨勢(shì);基體配合比的改變對(duì)壓電復(fù)合材料的正交異性特性影響不大,隨著基體水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,壓電復(fù)合材料接收到的電壓信號(hào)幅值呈先上升后下降的趨勢(shì);并聯(lián)級(jí)數(shù)大于三級(jí)時(shí),壓電復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的正交異性特性,壓電復(fù)合材料的電壓信號(hào)幅值逐漸增加。利用壓電復(fù)合材料的本構(gòu)方程,對(duì)復(fù)合材料中壓電陶瓷相的關(guān)系矩陣進(jìn)行坐標(biāo)變換,以此而得1-3型OPCM的本構(gòu)方程,分析了1-3型OPCM在平面內(nèi)具有各向異性的原因。將1-3型OPCM利用鎢粉、水泥/環(huán)氧樹(shù)脂聚合物、屏蔽材料等進(jìn)行封裝,并成功制備正交異性壓電傳感器,對(duì)正交異性壓電傳感器的平面信號(hào)響應(yīng)及衰減性能進(jìn)行了詳細(xì)研究,并對(duì)被測(cè)試件表面的聲發(fā)射信號(hào)損傷進(jìn)行了初步定位探討。結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)封裝后的壓電傳感器正交異性特性十分顯著,正交異性壓電傳感器具有較高的靈敏度和帶寬。在改變測(cè)試角度與測(cè)試距離的情況下,正交異性壓電傳感器的信號(hào)幅值曲線與信號(hào)電壓曲線均具有“余弦”變化趨勢(shì);隨著測(cè)試距離逐漸增大,正交異性壓電傳感器各個(gè)方向的信號(hào)幅值與電壓幅值均逐漸減小,其測(cè)試距離最遠(yuǎn)為650mm;正交異性壓電傳感器在混凝土板上接收信號(hào)幅值低于玻璃表面,正交異性特性不變。正交異性壓電傳感器的可重復(fù)性良好;利用正交異性壓電傳感器進(jìn)行定位實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明其定位結(jié)果準(zhǔn)確,誤差較小。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33;TP212

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐潔;;智能材料在土木工程建設(shè)中的應(yīng)用分析[J];門窗;2017年01期

2 賴于樹(shù);熊燕;程龍飛;;混凝土受載試驗(yàn)全過(guò)程聲發(fā)射特性研究與應(yīng)用[J];建筑材料學(xué)報(bào);2015年03期

3 杜斌;張銘霞;李伶;王重海;周長(zhǎng)靈;劉福田;;壓電復(fù)合材料研究現(xiàn)狀[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2013年06期

4 趙國(guó)旗;韓偉;駱英;;叉指式壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J];陶瓷學(xué)報(bào);2013年04期

5 高麗燕;于廣明;;聲發(fā)射技術(shù)在混凝土材料中的應(yīng)用[J];混凝土;2012年05期

6 楊曉明;李宗津;;新型水泥基壓電傳感器的基本性能研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2012年03期

7 駱英;于長(zhǎng)煦;顧愛(ài)軍;;應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)的鋼筋與混凝土粘結(jié)滑移特性研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2011年04期

8 王振軍;李克智;王闖;解靜;;羰基鐵粉 碳纖維水泥基復(fù)合材料的吸波性能[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2011年01期

9 廖雙雙;鞠超;張宗振;徐東宇;黃世峰;;不同柱高對(duì)1-3-2型壓電復(fù)合材料性能的影響[J];濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年03期

10 黃國(guó)平;李百明;肖勇;邱萍;;壓電材料的發(fā)展與展望[J];科技廣場(chǎng);2010年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 王治;水泥基壓電復(fù)合材料的模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2014年

2 張鴻名;0-3型PZT/環(huán)氧壓電復(fù)合材料性能預(yù)報(bào)及應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 范曉明;機(jī)敏混凝土的壓敏性及鋼筋腐蝕與防護(hù)機(jī)理研究[D];武漢理工大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 段元興;1-3型壓電復(fù)合材料性能分析與仿真軟件開(kāi)發(fā)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

2 張?jiān)?納米碳纖維水泥基復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];大連理工大學(xué);2014年

3 王浩;高效水泥基壓電傳感器的設(shè)計(jì)、制備及其性能研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

4 謝士會(huì);1-3型正交異性聚合物/水泥基壓電復(fù)合材料的制備與性能研究[D];濟(jì)南大學(xué);2013年

5 顧新云;1-3型壓電復(fù)合材料的制備與性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

6 張全利;1-3型PZT/Epoxy壓電復(fù)合材料的制備及性能表征[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

7 孫敏;1-3型壓電復(fù)合材料及換能器研究[D];濟(jì)南大學(xué);2012年

8 李燕;1-3型壓電復(fù)合材料及其傳感器性能的研究[D];湘潭大學(xué);2011年

9 張靈燕;新型導(dǎo)電填料復(fù)合水泥基材料的壓敏性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

10 劉紅光;基于正交異性AE傳感器的損傷信號(hào)處理技術(shù)[D];江蘇大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：2418381