考虑粘结层剪力滞效应的压电陶瓷双片阻抗模型

摘要

压电智能材料在结构损伤识别中所体现的对结构微小损伤的高度敏感性使得其在结构健康监测领域得到广泛应用，其中基于智能压电材料的压电阻抗技术更是在不断的创新和发展。本文基于一种新型的压电陶瓷双片，对其在理论推导、实验验证、数值模拟等方面进行了研究，具体的研究内容如下： 1、本文推导了压电陶瓷双片在极坐标系下外环部分和内圆部分分别作为激励端的一维阻抗模型，并进行了自由压电双片的振动实验，验证了所推导的压电陶瓷双片阻抗模型的正确性。其次，本文利用ANSYS构建了压电双片的数值模型，提出了一种在数值上得到压电双片导纳信号的方法，并用压电陶瓷双片的自由振动实验结果验证了数值方法的正确性。最后，利用ANSYS构建了一个简支铝梁损伤前后的数值模型，分别将压电陶瓷双片的外环和内圆部分作为激励端，研究压电陶瓷双片不同激励端对损伤识别的影响。 2、本文推导了压电双片在直角坐标系下的一维阻抗模型，并且基于传统压电单片二维有效机械阻抗的概念定义了压电陶瓷双片在直角坐标系下的二维有效机械阻抗，推导了压电双片在直角坐标系下的二维阻抗模型，最后利用压电双片的自由振动实验结果对所推导的一维、二维阻抗模型进行了验证。 3、本文推导了压电陶瓷双片考虑粘结层剪力滞效应的一维、二维阻抗模型，通过实验测得的以不同粘结层厚度粘贴在铝梁上压电陶瓷双片的导纳信号，验证了理论模型的有效性。然后，利用有限元软件ANSYS构建了考虑粘结层的简支铝梁数值模型，并通过实验结果验证了数值模型的正确性。最后，在数值上研究了粘结层厚度、剪切模量、脱粘损伤对压电陶瓷双片导纳信号的影响，研究发现：随着粘结层厚度的增加或者剪切模量的下降，压电陶瓷双片导纳信号的幅值下降，峰值位置基本不变；当粘结层的脱粘面积较小时，随着脱粘面积的增加，导纳信号的幅值下降，峰值位置基本不变，当脱粘面积较大时，导纳信号已不能反映结构特性，更趋向于压电陶瓷双片本身的特性。

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Abstract

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2相关研究现状及进展

1.3本文主要研究内容

2 压电陶瓷双片极坐标系下的一维阻抗模型

2.1 压电陶瓷双片简介

2.2 双片极坐标系下外环激励一维阻抗模型

2.3 双片极坐标系下内圆激励一维阻抗模型

2.4 双片一维阻抗模型的实验验证

2.5 双片不同激励端对损伤识别的影响

2.6 本章小结

3 压电陶瓷双片直角坐标系下的阻抗模型

3.1 引言

3.2 双片直角坐标系下一维阻抗模型

3.3 双片直角坐标系下二维阻抗模型

3.4 双片直角坐标系下阻抗模型的实验验证

3.5 本章小结

4 压电陶瓷双片考虑粘结层剪力滞效应的阻抗模型

4.1 引言

4.2 双片考虑粘结层剪力滞效应的一维阻抗模型

4.3 双片考虑粘结层剪力滞效应的二维阻抗模型

4.4 双片考虑粘结层剪力滞效应阻抗模型的实验验证

4.5 双片考虑粘结层的有限元模型

4.6粘结层特性对双片导纳信号的影响

4.7本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表学术论文目录