基于摄动理论的压电阻抗损伤识别分析

《基于摄动理论的压电阻抗损伤识别分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、100桥梁结构城市道桥与防洪2013年5月第5期基于摄动理论的压电阻抗损伤识别分析李洁(上海城兴市政工程设计有限公司，上海200233)摘要：该文结合摄动理论和压电阻抗技术监测结构的损伤的发生和定位，用6函数进行表达结构的裂纹损伤，建立损伤条件下简支梁的自由振动方程。利用一阶摄动方法给出了摄动项的一般表达式，并结合6函数的性质，获得了受损简支梁的特征值和模态振型的解析表达式。通过受损梁的模态振型得到了受损梁的阻抗，结合PZT与结构的压电耦合电导纳公式得到受损粱的电导纳信号。通过分析比较梁在各种损伤发生前

2、后的电导纳变化，采用CC损伤指标评定结构的损伤程度，从而识别损伤。以一个受损简支梁为数值算例，计算了不同损伤条件下其电导纳信号和损伤指标的变化。当结构损伤位置同PZT之间的距离相同情况下，PZT的CC指标随损伤程度增加有减小的趋势；结构损伤程度相同的情况下，各损伤工况下的RMSD指标随损伤位置与PZT之间的距离的增加有减小的趋势。基于此，得出结论：通过量测结构压电阻抗的变化，可以识别结构损伤的发生、位置和严重程度。关键词：PZT传感器；压电阻抗法；摄动理论；损伤识别；简支梁中图分类号：U44F．4文献标

3、识码：A文章编号：1009-7716(2013)05—0100—06部对结构进行监测，是“主动”的健康监测方法。基于0前言压电阻抗的健康监测技术从提出到现在已经有上钢筋混凝土梁是土木工程结构中最常使用的十年，其研究领域主要集中在航空和机械工程”，一类构件，然而由于其运营过程中材料老化、超载近年来在土木工程领域也开展了一定的研究，如使用、环境侵蚀、缺乏合理管理养护等原因，这类Park[12]等采用阻抗法测试了几种典型的土木结构构件的性能随时间劣化严重，因此需要开发有效构件，Soht”]等人开展了压电阻抗技

4、术在混凝土材的检测手段诊断该类构件的损伤情况为后续的结料和结构健康监测中的研究，Tseng[1采用有限元构性能评估和管养方案的确定服务。尽管近些年软件研究了单个PZT粘贴混凝土梁表面识别损伤来，国内外研究人员在基于动力特性的损伤识别情况，并将有限元分析结果与实验结果进行对比，方法方面取得了许多理论和试验进展Il121，但是由采取RMSD指标评价损伤情况，Giurgiutiut】近来还于土木工程结构的特殊性和复杂性，其在土木工对压电片与基体结构之间力相互作用进行了有限程中的应用受到了限制，特别是在诊断结构

5、的微元数值仿真研究，并将有限元分析结果与实验结损伤、弄清损伤演化规律、实现健康监测方面还存果进行了对比，并且推导出PZT与梁的耦合振动在一系列问题无法解决。其中一个关键问题是结的有效刚度公式，但是并没有得到损伤梁的有效构早期程度较小的损伤对结构动力特性的影响很刚度公式。小。大量的研究表明『3]，即使结构出现较大损伤，结梁结构作为工程中经常采用的结构，在复杂的构模态参数也可能没有明显变化，再加上噪声的工作环境下可能会产生裂纹损伤，这些裂纹损伤影响，现有的许多方法就无法准确识别小损伤，更对结构的正常工作是相

6、当不利的，为了识别这些何况像裂缝这样的微损伤。裂纹损伤，从理论上分析裂纹损伤对梁结构动力特智能材料的发展为土木工程结构长期实时健性的影响显得十分必要。Lestari[】根据函数性质，康监测提供了新的研究方向。这些智能材料具有给出了受损梁结构的具体模态参数表达式，该表传感、或者传感与驱动的双重功能，能够与工程结达式形式复杂，且普遍性不够。本文利用一阶摄动构融合在一起组成智能健康监测系统。基于压电方法给出了摄动项的一般表达式，以此推导了受损陶瓷(piezoelectricceramic，简称PZT)电一机阻

7、抗简支梁固有频率和模态振型的解析表达式，然后技术(electro—mechanicalimpedance，简称EMI)以其代人PZT与梁的耦合动态刚度公式得到受损梁的对结构初始损伤敏感、对外界环境影响的免疫力阻抗值，从而得到PZT激励受损梁的电导纳信号，强，实用成本低、适宜在线监测的特点得到了越来并与完整梁的电导纳信号进行比较，通过RMSD越多的关注】。PZT质量轻，对本体结构影响很小，损伤指标分析结构损伤对电导纳信号的影响。可以粘贴在已有结构的表面或埋入新建结构的内1受损简支梁的模态振型收稿日期：20

8、13—01—25图1为一矩形截面简支梁模型，梁的长、宽、作者简介：李洁(1979一)，女，上海人，工程师，从事桥梁工程设高分别为Z、b、h。假定在梁的处有一裂纹损伤，计工作。2013年5月第5期城市道桥与防洪桥梁结构101裂纹深度为h，宽度为△Z，在损伤部分梁的截面转动惯量为：开，略去两阶以上的项，整理后可-】：古b(h)。：古(1-hJh)。(1)。：Eto(d46~[dx)一A0m。：(11)s1：如()一A：‰=一。巩△嘉[占()．譬