基于嵌入式阻抗模型和譜元法的壓電結構健康監(jiān)測.pdf

1、由于環(huán)境荷載、疲勞效應、材料老化和腐蝕等因素的影響，土木工程結構將不可避免地產生各種問題。因此，采用合理、有效的方法對這些結構進行健康監(jiān)測就顯得越發(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構健康監(jiān)測方法，并在以下幾個方面取得了一些研究成果：
　　(1)本文構造了三維有效阻抗模型，來對內部嵌入PZT的結構進行分析。結合壓電方程和PZT振動方程，推導得到了壓電結構的電阻抗公式。分析了PZT形狀、貼片形式、結構形式等條件對結構

2、阻抗模型的影響。
　　(2)本文將結構的電阻抗公式分解為被動部分和主動部分，并推導得到了主動部分中機械阻抗的表達式。研究發(fā)現：機械阻抗的相關系數變化更明顯，表明使用機械阻抗進行結構健康監(jiān)測比直接使用電阻抗的效果更好。
　　(3)使用有限元軟件ANSYS構造了混凝土試塊的數值模型，來和三維有效阻抗法的分析結果進行對比。分析了混凝土試塊強度監(jiān)測基本步驟：首先，利用阻抗分析儀測量嵌入混凝土試塊中的PZT的導納曲線；其次，用三維有效

3、阻抗法推導得到混凝土試塊機械導納，并用相關系數進行數據處理；最后，根據指標與強度之間的擬合關系對結構強度變化情況進行預測。
　　(4)本文結合譜單元模型和壓電阻抗技術，構造了壓電梁的譜單元模型。其中裂紋用彈簧模型進行模擬?？紤]了梁在軸向方向的振動，以及粘結層對結構振動的影響。將荷載施加在結構上，求出結構的振動響應之后，就可以求出壓電阻抗響應。
　　(5)以帶裂紋的壓電鋼梁為研究對象，進行了理論和試驗結果的對比。研究發(fā)現：當損