压电阻抗技术在结构健康监测应用中研究.pptx
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压电阻抗技术在结构健康监测应用中研究.pptx
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汇报内容,1.课题研究背景,1.1研究目的和意义大量复杂工程、超高层等重大工程安全耐久性实时、在线、原位监测目的及早、准确发现安全隐患,降低并避免安全事故的发生,1.课题研究背景,1.2阻抗法基本原理,PZT与本体结构机电耦合作用一维模型图,1.课题研究背景,1.2阻抗法基本原理,PZT与本体结构机电耦合作用一维模型表达式,2.传感器制备和测试频段、参数的选择,2.1压电陶瓷的选择,表1.几种智能材料的传感性能,传感和驱动一体化功能,2.1压电陶瓷的选择本研究所用压电陶瓷片既作为信号驱动器又作为信号传感器,为了在结构健康监测中充分发挥压电陶瓷的压电性能,并兼顾发射功率及传感敏感等因素,选取采用PZT-4陶瓷片。
表2.实验所用主要原材料及其基本性能,2.传感器制备和测试频段、参数的选择,2.2压电传感器制备,压电陶瓷传感器,2.传感器制备和测试频段、参数的选择,2.3测试系统,阻抗测试系统,2.传感器制备和测试频段、参数的选择,2.4测试参数的选择,测试参数,Z-:
阻抗-相位角,R-X:
电阻-电抗,G-B:
电导-电纳,2.传感器制备和测试频段、参数的选择,2.5测试频段的选择,可以看到在频段100-300kHz和频段1M-3MHz两个频段内,测试参数比较敏感。
2.传感器制备和测试频段、参数的选择,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验一,立方体试块M1损伤状态,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验,立方体试块M1的损伤状态描述,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验,100-300kHz导纳图,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验一,1-3MHz导纳图,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验二,立方体试块M2的损伤状态,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验二,立方体试块M2的损伤状态描述,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验二,100-300kHz导纳图,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.1立方体试块试验二,1-3MHz导纳图,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.2圆柱体试块试验,圆柱体试块制作和损伤状态,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.2圆柱体试块试验,圆柱体试块损伤状态描述,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.2圆柱体试块试验,在频段100-300kHz损伤情形下,在频段1-3MHz损伤情形下,3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测,3.3本章小结构件出现损伤将会引导纳频谱曲线发生变化,曲线峰值发生改变;随着试件损伤程度的逐渐增大,频谱曲线峰值下降和偏移的趋势也随之增大。
对结构构件的损伤监测,高频段对微小损伤相对更为敏感。
压电阻抗法对不同形式的构件(立方体和圆柱体)进行损伤监测均有效;,4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测,4.1距离对损伤判定的影响,混凝土梁损伤位置和压电陶瓷片布置,4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测,4.1距离对损伤判定的影响,在100-300kHz频率下导纳图,在1-3MHz频率下导纳图,4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测,4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响,混凝土梁损伤位置和压电陶瓷片布置,4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测,4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响,埋入式PZT在不同频段下的频谱曲线,4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测,4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响,外置式PZT在不同频段下的频谱曲线,4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测,4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响,混凝土梁损伤状态描述,5.结论,压电阻抗法对不同形式的构件(立方体和圆柱体)进行损伤监测均有效;损伤与压电陶瓷片的距离不同,所得到的频谱曲线也明显不同,大致呈反比的关系;与植入式压电陶瓷片相比,表面粘贴式压电陶瓷传感器对结构构件的表面损伤表现的更为敏感。
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