孔结构对压电应力波传输影响的试验研究与三维模拟

摘要

自压电智能材料诞生，因其具有正逆压电效应、稳定性好、灵敏度高、成本低等优点，所以在各领域尤其在结构健康监测领域得到广泛应用。然而目前大多数监测都是针对结构的损伤，混凝土内部组分对压电应力波影响的研究很少，其中混凝土中孔隙对压电应力波的波形影响研究尚未涉及。本文通过搭建压电智能监测平台，研究孔隙率和压电幅值与波速的关系；然后利用CT扫描技术对孔隙试件进行扫描，运用MIMICS软件进行模型建立并数值模拟，然后与试验结果进行对比。具体内容如下：
　　运用CT扫描技术对试件孔隙进行统计分析。本文为避免骨料对应力波的影响，制作了三种不同孔隙率的水泥净浆试件。运用CT扫描得到三种试件的所有切片，利用MATLAB图像处理技术对图像进行图像增强、图像分割和图像边缘检测处理，然后对三种试件利用Oringin软件进行孔隙参数的统计分析，主要参数有：孔洞面积、孔洞等效半径、孔洞边数、形状不规则度和尺寸不规则度，得到这五种参数的分布规律和函数。
　　运用压电智能系统监测孔隙率对其应力波幅值和波速的影响。搭建NI监测系统和正弦监测系统，两种系统分别在高频和低频段对孔隙试件进行监测，本次采用压电智能骨料外贴于试件两端的方法。对同批三块试件进行监测，得到它们的在两种系统中的幅值和NI系统下的波速。监测结果表明，在同一试件中，不论高频还是低频，幅值随着频率的升高而减小，波速随着频率的升高而增大；在同一频率中，随着孔隙率的增加，幅值和波速均有所减小。
　　基于CT图片孔隙试件模型建立和数值模拟。运用MIMICS软件对三种孔隙试件的CT图片进行处理和整合，得到三种孔隙试件的三维模型，然后导入ABAQUS软件中进行后面的数值仿真。模拟结果与试验结果整体规律趋势一致，但在幅值上存在一些差异，主要归因于试验的离散性和数值仿真建立的三维模型与真实水泥净浆存在差异，另外，模拟结果揭示出了孔隙部分的应力集中和试件孔隙分布的不均匀现象。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 基于CT扫描水泥净浆孔结构分析

2.1 引言

2.2 孔隙试件设计

2.3 CT扫描

2.4 数字图像处理

2.5 孔洞几何参数统计

2.6 本章小结

第3章 孔结构对压电应力波传输试验研究

3.1 引言

3.2 孔隙试件监测试验设计

3.3 压电智能骨料传感器稳定性试验研究

3.4实验监测结果及分析

3.5本章小结

第4章 孔结构对压电应力波传输三维模拟

4.1 引言

4.2孔隙试件的前处理

4.3 监测系统有限元建模

4.4 数值仿真结果与分析

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢