基于压电陶瓷的混凝土—钢塔筒损伤监测及谱元法模拟研究

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1、学校代号；10532学号：S11011205密级：公开湖南大学硕士学位论文基于压电陶瓷的混凝土．钢塔筒损伤监测及谱元法模拟研究堂僮由谊厶篓陷．!蕴且昱娅丝名垦驱盐；迕邀熬援埴羞望僮；±盔王猩堂瞳童些名趁!结构三捏途窒握窒旦翅；2鱼!垒生三旦三1旦迨变签避旦期12Q!璺生鱼旦3旦．签拦委基金圭匿；廷蔓直教援Damagemonitoringforaconcrete—steelhybridtubulartowerusingPZTpatchesandsimulationwithspectralelementmethodbyJIANGFanB．E．(HunanUniVersity)201lAthesis

2、submittedinpaIrtialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMaster0fEngineeringlnCiVilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniVersitySuperVisOrProfessorXUBinMay，2014㈣㈣圳㈣川l

3、IlIlllIIIIIIl㈣Y2606816湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出

4、重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：勘蓦R日期：1。fq年6月c中日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密匹(请在以上相应方框内打“√”)日期：土d毕年6月f￥日日期：曲f4年b月f牛日RU诱中名名签签者师作导基于压电陶瓷的混

5、凝土．钢塔筒损伤监测及谱元法模拟研究摘要在能源以及环境问题日益严峻的今天，由于风能的可再生以及环保特性，风能的开发利用在我国发展十分迅速。近十几年来，风力发电机单机装机容量逐渐增大，相应地对风电塔的结构性能要求也日益提高。混凝土．钢组合风电塔筒结合了混凝土结构和钢结构的优势，其作为先进的风电塔筒结构同时也存在混凝土开裂的弊端。因此，对组合结构风电塔筒的损伤监测和可靠性评估相当重要。传统检测方法并不适用于组合结构风电塔筒损伤监测。本文针对混凝土．钢组合风电塔筒结构提出了一种基于压电陶瓷材料的应力波传播分析的监测方法。其具体研究内容如下所述。1、本文开展了混凝土．钢组合风电塔筒缩尺模型结构的试验研

6、究，对塔筒的混凝土段进行了损伤监测。试验采用循环加载制度，运用外贴压电陶瓷片采用波动法对结构进行损伤监测，监测过程从混凝土裂缝发生发展开始，直至构件最终破坏。损伤监测试验分别采用了压电驱动器激励和力锤激励两种监测方案。2、基于压电驱动器激励的激励信号选取了正弦简谐信号和正弦扫频信号，简谐信号采用了基于频域幅值的损伤指标进行分析，扫频信号则采用了基于小波包能量的损伤指标。两种信号的分析结果均表明，裂缝开展的位置与监测结果吻合，能对初始裂缝的产生和不同加载级别下的损伤进行有效识别。3、基于力锤激励的信号，本文采用了频响函数及相应的损伤指标进行分析。分析结果表明，此监测方法对初始裂缝损伤的识别度不佳

7、，当损伤达到一定程度后能对其进行有效识别，并且对损伤位置的识别效果不佳。4、本文采用谱元法对基于应力波传播分析的一维结构损伤监测进行了模拟。首先，以结构平衡微分方程为基础，文中推导了轴向振动杆件基于谱单元法的单元刚度矩阵，对频域上单元刚度矩阵组装成整体刚度矩阵进行了介绍。其次，介绍了谱元法计算中所运用的时频变换。最后，文中以一轴向振动构件开展了应力波传播的理论计算，对基于应力波传播方法的结构损伤检测进行谱元法理论计算验证。计算结果表明，采用基于应力波传播的方法能进行有效的损伤监测。关键词：风电塔；压电陶瓷；健康监测：应力波传播分析；小波包能量；频晌函数；谱元法II硕士学位论文AbstractI

8、nfaceoftheenergyshortageandenVironmentalproblems，theutilizationofwindpowerisinrapiddevelopmentinourcountryforitsrenewabilityandcleanness．Forthepastdecades，alargenumberofwindturbineshaVebeenbuiltupwith