压电阻抗法用于结构健康监测技术的数值模拟研究

摘要

压电阻抗技术是一种基于智能材料的结构损伤检测新技术，在结构健康监测领域有着广泛的应用前景。本文介绍了结构健康监测技术的研究现状及系统组成，并介绍了智能材料结构的相关概况，分析了压电阻抗技术的基本原理，运用有限元方法对压电阻抗技术进行了数值分析，研究了钢筋混凝土结构裂纹监测和螺栓松动检测两方面的应用。 本文主要研究内容包括： 一、对压电陶瓷耦合结构机械阻抗进行了详细的理论分析，推导出PZT电阻抗与结构机械阻抗的关系，得到应用压电阻抗技术进行结构健康检测的理论根据。 二、介绍了有限元法及软件ANSYS在压电分析中的应用，从数值模拟角度研究了PZT传感器的线性特性和动态响应特性。结果表明了利用PZT作为传感器检测结构损伤具有较好的线性和动态响应特性。 三、提出了一套较为系统的损伤识别方法和结构健康监测策略，涉及到损伤定位、损伤程度判定，传感器的布置形式、间距以及监测信号形式、频段的选择问题，为该项技术的实际应用打下了良好的基础。 四、根据压电阻抗技术基本理论，对钢筋混凝土剪力墙开裂和螺栓松动两种常见损伤进行数值模拟研究。结合之前提出的损伤识别方法，对裂纹损伤进展和螺栓松动的损伤初步定位、损伤程度判定的研究。结果表明，本文提出的方法能够成功检测出结构裂纹损伤和连接螺栓松动，可以定性判断结构损伤的扩展情况，并对损伤进行初步定位。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 压电阻抗法的基本理论

第三章 有限元软件ANSYS及其在压电阻抗技术中的应用

第四章 基于压电阻抗原理的结构健康监测策略

第五章 应用实例

第六章 结论与展望

参考文献

作者简介、作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢