基于压电波动测量的套筒灌浆缺陷检测试验

套筒灌浆连接是当前装配式建筑中受力钢筋的主要连接方式,其灌浆质量是影响装配式混凝土结构性能的关键因素之一。运用压电陶瓷材料的驱动和传感功能,该文提出了一种基于波动分析的套筒灌浆缺陷主动检测方法,并通过试验验证其可行性,通过数值模拟分析其机理。在套筒连接钢筋表面粘贴压电片,测量健康试件和设置有不同尺寸缺陷试件上压电陶瓷传感器的输出信号,并对小波包能量进行分析和比较。结果表明,灌浆缺陷导致压电陶瓷传感器输出信号的电压幅值增大,小波包能量指标与套筒灌浆缺陷尺寸大小相关。该法能对套筒内灌浆缺陷进行有效检测。     

基于表面压电波动测量的钢管砼剥离检测试验

钢管混凝土结构结合了钢管与混凝土两者的力学优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于超高层建筑和大跨度桥梁中,但钢管管壁与内部核心混凝土间的界面剥离将会对其承载力等力学性能带来负面影响。该文提出一种通过在钢管壁同侧布置压电陶瓷片作为驱动器和传感器,基于表面波动测量的矩形截面钢管混凝土构件的界面剥离缺陷检测方法,通过在一矩形截面钢管混凝土柱钢管的四面内壁设置不同程度剥离缺陷进行测试,对比简谐激励下健康工况和不同尺寸缺陷工况下压电传感器测量信号幅值,定义界面损伤指标实现了管壁界面剥离缺陷检测。结果表明,基于表面波动测量的钢管混凝土柱内部界面剥离缺陷状况检测方法有效,损伤指标与损伤程度相关。     

基于压电陶瓷的销轴连接受力状态监测

销轴连接作为工程中一种常用的连接构件,实时监测其在荷载下的健康状态,对结构的整体稳定性至关重要。该文研究了一种基于压电理论的销轴连接受力状态的实时监测方法,并对其展开了理论和实验研究。同时基于小波包理论分析接收信号的能量,从而识别销轴连接的受力状态。研究结果表明,接收信号的能量与销轴连接的受力状态相关,随着接触面的法向压力增大,接收信号的能量增大,但当法向压力增大到一定值后,接收信号能量达到饱和。因此,该文提出的基于压电理论的销轴连接受力状态监测方法在一定的荷载范围内具有良好的可行性和应用意义。     

钢管混凝土柱断面界面剥离缺陷检测试验研究

提出一种基于压电陶瓷激励与传感技术的钢管混凝土柱界面粘结缺陷检测方法。将嵌入式压电功能元和粘贴在钢管外壁的压电陶瓷片分别作为驱动器和传感器,比较不同频率简谐信号下传感器测量幅值,发现界面剥离区域传感器测量信号幅值明显小于无剥离区域传感器信号幅值,探讨了不同激励频率下所定义的损伤指标的变化。     

基于压电陶瓷的灌浆套筒内壁锈蚀监测研究

为了识别灌浆套筒内壁因氯离子侵蚀后达到的不同锈蚀程度,首先,通过加速锈蚀的相关理论方法推导了套筒内壁达到不同锈蚀率所需要的时长;然后,采用电化学法对套筒内壁进行加速锈蚀,并使用锈蚀监测系统对5组不同锈蚀工况下的试件进行监测,获得各试件在不同激励频率下的时域信号;最后,通过信号峰-峰值和小波包能量值对时域信号进行分析,提...     

基于压电陶瓷的风机叶片模型覆冰主动监测

南方山区高湿低温严酷环境易导致冰灾,风机叶片覆冰会导致发电效率降低甚至停机,因此发展高效可靠的风机叶片覆冰监测技术对防冰、除冰具有重要意义。该文提出了一种基于压电陶瓷应力波测量的风机叶片覆冰主动监测方法。开展叶片模型进行模拟覆冰试验,在叶片表面布置伸缩型和剪切型两种压电陶瓷片,根据波动法原理对驱动器输入正弦扫频电压信号作为激励,记录不同传感器在不同结冰厚度下的响应信号,并对测量信号进行小波包能量分析。结果表明,同一压电陶瓷片接收信号的小波包能量与结冰厚度存在明显关系。     

基于外贴压电材料的钢管混凝土界面缺陷检测

钢管混凝土构件在超高层建筑和超大跨桥梁中的应用日益广泛,其钢管对核心混凝土的有效约束是发挥其力学性能优势的关键,钢管内壁与核心混凝土的界面剥离将削弱约束效应进而对构件的承载力和延性等力学性能带来负面影响。该文利用力锤激励钢管外壁,利用外贴于钢管外壁的压电陶瓷片作为传感器,通过对压电陶瓷监测波动信号在合适频段上的频响函数的分析,实现钢管混凝土构件界面剥离损伤监测。结果表明,提出的压电监测技术有效地识别了钢管混凝土构件的人工模拟和实际界面剥离缺陷,损伤指标对界面剥离缺陷敏感。     

基于压电波动的红砂岩剪切破坏监测试验研究

针对红砂岩易发生剪切破坏导致工程结构发生安全事故的问题,该文提出了一种基于压电波动的主动监测方法,利用压电传感技术对红砂岩的剪切破坏过程进行主动监测,在小波包能量法的基础上,引入均方根差定义损伤因子,实现对红砂岩剪切破坏过程的定量表征。试验结果表明,在红砂岩试件开始加载后的第12 min,试件发生剪切破坏,损伤因子发生突变,与红砂岩的剪应力时间曲线相吻合,验证了采用损伤因子定量评估红砂岩剪切破坏过程的准确性和可行性,为红砂岩破坏的实时监测提供了一条新途径。     

基于压电传感技术榫卯结构损伤识别实验研究

以指接榫和燕尾榫结构为例,利用压电主动传感技术对榫卯结构进行健康工况和损伤工况的损伤识别实验研究。其中,指接榫考虑水平和垂直连接的榫头松动和缺损工况,燕尾榫考虑实验机加载破坏工况。对压电传感器所接收到的信号进行小波包分解,并以各频段信号能量总和作为损伤指标对损伤程度进行定量评估。实验结果表明,指接榫结构所接收的信号能量随损伤程度的不断增加而减小;加载过程中,燕尾榫结构的榫头间先挤压紧密再出现榫头破坏,所接收到的信号能量出现先增大后减小的情况。因此,利用压电主动传感技术可实现对榫卯结构的损伤识别。可为相关专业的研究生及工程技术人员基于压电传感技术进行无损检测提供实验方法。     

压电波动法监测土壤含水率的可行性研究

基础工程施工的安全性常以基坑稳定性为前提,而土壤的含水率是边坡稳定性的关键因素.但是,土体内部含水率的观测困难,很难实时了解土体内部水分的变化情况.目前对土壤含水率进行监测的方法较少,故而迫切需要一种对土体结构含水率进行实时监测的方法.该文通过制作简易土箱,利用压电智能骨料并结合压电波动法对土箱内土壤进行含水率监测,获...     

基于压电阵列的无波速主动损伤监测方法研究

主动技术在结构健康监测研究中有着不可替代的作用。文章研究了基于压电传感阵列的无波速主动结构健康监测方法,给出了单像素点的损伤概率计算方法及在不计算Lamb波波速的情况下对结构进行主动损伤成像、定位的方法。通过实验,对比了利用波速标定值的传统方法和无波速监测方法的成像定位效果,发现了无波速主动监测方法能有效提高定位精度,提升成像效果,为基于压电阵列的结构健康监测技术提供了一种新的工业应用方法。     

基于ANSYS的压电陶瓷晶片PZT仿真分析

电力支柱瓷绝缘子超声波检测对预防和检测绝缘子裂纹和断裂起到重要作用,换能器是超声波检测的基础元件,而换能器的核心部件是压电陶瓷晶片,其性能直接影响到检测结果。该文研究针对有限元法和传统解析法在压电陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ANSYS有限元分析软件对压电陶瓷锆钛酸铝(PZT)晶片进行特性分析,基于ANSYS的电-结构耦合场模型,对超声波换能器的矩形压电晶片进行静态、模态、谐响应和瞬态分析。通过模态分析和谐响应分析可得到晶片的一阶纵向振动和二阶弯曲振动的固有频率、振型及频率位移响应及影响因素等信息,研究结果对提高超声辐射功率及超声换能器的性能有一定的理论指导和工程应用价值。     

基于双压电晶圆的Lamb波单模式提取方法

基于压电传感器和兰姆(Lamb)波的主动诊断技术是一种有效的复合材料结构健康监测方法。Lamb波传播特性复杂,频散现象和模态混叠导致接收信号的单一模式难以分辨。该文提出了一种采用双压电晶圆来提取Lamb波中单一模式信号方法,它可以有效地解决由于多模式所引起信号混叠。由于该方法是从传感器自身物理特性出发,不依赖具体结构或者传感器布置特性,所以该方法具有更好的工程适应性。碳纤维复合材料平板中的单模式Lamb波提取实验,验证了方法有效性。     

基于压电传感的电缆接头界面压力测量研究

配网电缆接头冷缩管的界面压力是电缆接头绝缘强度和密闭性能的重要保障.目前研究中很少分析在界面压力测量中因薄膜传感器本身形变造成的误差.因此,该文首先优化压电薄膜传感器结构,减小压电材料形变产生的影响,然后根据实际形变量对弯曲力进行补偿,分别给出了结构优化与受力补偿的量化公式,并试制电缆接头界面压力测量装置.实验结果表明...     

基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟

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(Di)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Di和混凝土的动弹性模量(Ed)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。     

便携式主动Lamb波结构健康监测集成系统设计

主动Lamb波结构损伤诊断技术是结构健康监测中的研究热点之一。针对现有Lamb波结构健康监测系统结构复杂,携带不便的问题,以金属结构为应用对象,研究了监测系统集成与小型化技术。给出了系统软硬件框架,研究开发了传感器网络控制与信号调理模块,结合USB数据发生与采集卡搭建了系统样机,并采用LabVIEW环境设计开发了系统软件,包括系统管理和结构损伤成像诊断等。在金属铝板结构上的实验验证了该集成监测系统的可靠性和准确性,实验结果表明,该系统可满足主动Lamb波结构健康监测技术现场测试、在线监测等应用要求。