基于压电阻抗技术的结构损伤检测试验研究

摘要

压电阻抗技术是近20年来不断发展起来的一种可以实现在线监测的无损检测方法，目前国内外很多研究学者对其进行了分析研究，也取得了一定成果。当前的研究多集中在对结构损伤进行定性分析，即通过损伤发生前后电阻抗谱的差别来判断结构是否发生损伤；可以基本识别损伤程度，并通过损伤定量指数对损伤程度进行刻画。在不结合其他检测方法的前提下，对于损伤位置的识别多集中在采用压电阻抗技术局部检测性质对位置进行识别，提高其识别精度还有待进一步的研究。通过大量研读和参考该领域内研究学者对该问题的研究理论及试验方法，并在其基础上就压电阻抗技术应用于结构损伤检测方面进行了试验研究。具体研究内容如下：
　　1.概述压电陶瓷材料发展历程，分析介绍其正逆压电效应及压电方程，推导了待测结构和压电陶瓷的耦合电阻抗，并阐释了压电阻抗技术应用于结构损伤检测的基本原理。
　　2.具体分析了压电阻抗技术应用于一维梁、二维平面损伤识别的可行性，完成了对铝材中自制的孔洞、裂纹等损伤的模拟定位试验分析，依据文献中关于阻抗曲线变化与损伤位置的关系，并在相当宽的频率段内进行试验探究，多次试验最终找到了适合进行损伤定位的“适测频率段”，并据此进行了铝梁损伤的一维定位，而后将其拓展到二维的损伤定位，试验结果经过处理后最终识别损伤的位置能基本满足定位要求。
　　3.就不同测量参数对检测敏感度的影响进行了相关试验研究，对可能影响损伤指标的因素如检测频率段、激励电压、压电陶瓷距损伤之间距离等因素进行了单一因素探讨，最终确定各个影响因素对损伤定量指标的影响规律，找到了具有相对高敏感度的检测条件，可以将此条件应用于相应材料的损伤检测中，特别适合于发现结构是否发生损伤或感知损伤的萌生。
　　4.就压电阻抗技术的局部检测特性进行了试验探讨，并进行了铝梁和复合材料梁的试验研究，并用两种定量指标来量化损伤的大小，结果表明，压电阻抗技术能通过定量指标的变化来识别局部损伤，并可以感知损伤的扩展，两种定量指标都能够达到相应要求。

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1 绪论

1.1 背景意义

1.2 损伤检测方法概述

1.3 压电阻抗技术应用于结构损伤检测的国内外研究现状

1.4 本文研究意义及研究内容

2 压电阻抗技术的基本理论

2.1 压电陶瓷材料

2.2 压电效应和压电方程

2.3 反映压电材料系统动态分析的阻抗方法介绍

2.4 压电耦合电阻抗分析

2.5 压电阻抗技术的检测原理：

2.6 本章小结

3 铝梁及铝板损伤定位试验探究

3.1 试验目的

3.2 试验设备

3.3 试验原理

3.4 铝梁的一维孔损伤定位试验研究

3.5 铝梁的一维裂纹损伤定位试验研究

3.6 铝板二维损伤定位

3.7 本章小结

4 不同测量参数对检测敏感度的影响研究

4.1 引言

4.2 不同的检测频率段对检测敏感度的影响研究

4.3 不同的激励电压对检测敏感度的影响研究

4.4 不同的PZT距损伤之间距离对检测敏感度的影响研究

4.5 本章小结

5 局部损伤识别和监测损伤扩展试验研究

5.1 铝梁局部损伤识别并监测损伤扩展

5.2 复合材料L型板局部损伤识别并监测损伤扩展

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果