基于嵌入式阻抗模型和譜元法的壓電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè).pdf

1、由于環(huán)境荷載、疲勞效應(yīng)、材料老化和腐蝕等因素的影響，土木工程結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生各種問題。因此，采用合理、有效的方法對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)就顯得越發(fā)重要。本文提出了基于嵌入式阻抗模型和譜元法的壓電結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法，并在以下幾個(gè)方面取得了一些研究成果：
　　(1)本文構(gòu)造了三維有效阻抗模型，來對(duì)內(nèi)部嵌入PZT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)合壓電方程和PZT振動(dòng)方程，推導(dǎo)得到了壓電結(jié)構(gòu)的電阻抗公式。分析了PZT形狀、貼片形式、結(jié)構(gòu)形式等條件對(duì)結(jié)構(gòu)

2、阻抗模型的影響。
　　(2)本文將結(jié)構(gòu)的電阻抗公式分解為被動(dòng)部分和主動(dòng)部分，并推導(dǎo)得到了主動(dòng)部分中機(jī)械阻抗的表達(dá)式。研究發(fā)現(xiàn)：機(jī)械阻抗的相關(guān)系數(shù)變化更明顯，表明使用機(jī)械阻抗進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)比直接使用電阻抗的效果更好。
　　(3)使用有限元軟件ANSYS構(gòu)造了混凝土試塊的數(shù)值模型，來和三維有效阻抗法的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。分析了混凝土試塊強(qiáng)度監(jiān)測(cè)基本步驟：首先，利用阻抗分析儀測(cè)量嵌入混凝土試塊中的PZT的導(dǎo)納曲線；其次，用三維有效

3、阻抗法推導(dǎo)得到混凝土試塊機(jī)械導(dǎo)納，并用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；最后，根據(jù)指標(biāo)與強(qiáng)度之間的擬合關(guān)系對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　(4)本文結(jié)合譜單元模型和壓電阻抗技術(shù)，構(gòu)造了壓電梁的譜單元模型。其中裂紋用彈簧模型進(jìn)行模擬?？紤]了梁在軸向方向的振動(dòng)，以及粘結(jié)層對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響。將荷載施加在結(jié)構(gòu)上，求出結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)之后，就可以求出壓電阻抗響應(yīng)。
　　(5)以帶裂紋的壓電鋼梁為研究對(duì)象，進(jìn)行了理論和試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)損