基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟

摘要

该文基于ABAQUS有限元软件建立了压电陶瓷材料与混凝土的机-电多物理场耦合数值分析模型,对压电波动法检测混凝土裂缝和弹性模量测定进行数值模拟,探究其损伤识别的机理。采用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷(PZT),采用C3D8R单元模拟混凝土梁,采用三维时域粘弹性人工边界消除边界对应力波的反射。模拟结果表明,嵌入式PZT片激发的应力波包括纵波和剪切波,其中剪切波的幅值比纵波大,传播速度比纵波慢。以信号相对能量(D_i)作为损伤程度判别因子,其值随着裂缝的深度增加而降低。将数值模拟计算的D_i和混凝土的动弹性模量(E_d)与试验结果进行对比,符合较好,说明有限元方法可以有效地解决该类问题。