采用BP网络和压电阻抗技术的结构健康监测应用研究

摘要

近年来，应用于结构健康监测的压电阻抗技术研究十分活跃，有着广阔的应用前景。本文首先给出了在结构健康监测领域中，压电阻抗技术和神经网络的应用现状，然后分析了压电阻抗技术和神经网络的基本原理，然后在实验基础上建立BP网络，将神经网络与压电阻抗技术结合起来进行结构的损伤定位研究。 本文的主要研究内容和成果包括： 1. 对PZT的机电耦合特性进行了理论分析，详细推导了压电元件的电阻抗与结构机械阻抗之间的关系，得到了结构机械阻抗耦合到PZT电导纳的公式，给出了应用压电阻抗技术进行结构健康检测的理论根据。 2. 分析了神经网络和BP算法的基本原理，应用MATLAB7神经网络工具箱设计了基于压电阻抗测试实验的BP网络。 3. 搭建压电阻抗损伤研究的实验平台，引入结构健康指数，通过裂纹实验和螺栓松动实验证明了PZT对距离其较近的损伤比较敏感，而对距其较远的损伤相对不敏感。 4. 在损伤实验基础上，选取螺栓松动作为对象建立BP网络，与压电阻抗结合起来研究损伤的定位，通过不同维数输入向量的网络的对比，证明本文构建的神经网络可以基本实现对单个螺栓松动的损伤定位，而对于两个螺栓的松动虽然仍有误差，但可以明显缩小松动位置的范围。