基于压电阻抗模型参数识别的结构健康监测研究

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1、中图分类号TM282论文编号102870115-S072学科分类号080104硕士学位论文基于压电阻抗模型参数识别的结构健康监测研究研究生姓名邓文学科、专业工程力学研究方向结构健康监测指导教师裘进浩教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringStructuralHealthMonitoringBasedonParemeterIdentificationofEle

2、ctromechanicalImpedanceModelAThesisinEngineeringMechanicsbyDengWenAdvisedbyProf.JinhaoQiuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015III基于压电阻抗模型参数识别的结构健康监测研究承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过

3、的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将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、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：IV南京航空航天大学硕士学位论文摘要基于压电阻抗技术的结构健康监测具有对微小损伤检测灵敏度高、抗干扰能力强、信号采集方便快捷等优点，在金属材料、复合材料、混凝土结构的损伤监测中有广阔的应用前景。本文将压电阻抗技术用于压电元件的自损伤监测中，通过修改导纳模型，加入压电元件破坏与脱胶的损伤因

4、子，利用遗传算法进行参数识别，拟合得到损伤导纳信号中的损伤因子值，并进行了相应的实验验证，结果表明，利用修改的导纳模型可以达到同时监测压电元件破坏与脱胶程度的目的。通过对导纳公式的数值模拟仿真发现压电阻抗对结构刚度变化检测灵敏度非常高，因此从结构尺寸和结构弹性模量两方面进行了相应的探索。厚钢板的槽损伤实验结果表明，结构厚度减小引起刚度降低，从而使压电导纳值减小。利用有限元方法对粘贴压电片的铝板进行分析，显示结构刚度与结构弹性模量成比例关系。在铝合金的疲劳损伤实验中，利用损伤识别指数对损伤导纳信号进行分析，并研究了导纳信号、弹性模量与疲劳加载次数之间的变

5、化规律，通过导纳公式和测量信号拟合得到结构刚度随加载次数的变化。结果表明，基于压电阻抗技术可以有效地监测铝合金的疲劳损伤过程。最后，研究了压电阻抗信号与温度的关系，基于实验发现温度变化将引起阻抗信号幅值和谐振频率的移动，基于损伤识别指数研究了温度补偿算法，并进行了实验验证，结果表明，经过温度补偿的导纳曲线，可以利用相应的损伤识别参数进行结构健康监测。关键词：结构健康监测，压电阻抗，自损伤监测，疲劳，压电材料，温度补偿基金资助：国家863计划项目（2013AA041105）国家重点基础研究发展规划（973计划)中央高校基本科研业务费专项资金资助（NE20

6、15001）博士后特别资助（2014T70514）江苏高校优势学科建设工程资助项目本文研究工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。V基于压电阻抗模型参数识别的结构健康监测研究ABSTRACTStructuralhealthmonitoring(SHM)technologybasedonElectro-MechanicalImpedance(EMI)measurementshasalotofadvantages,suchashighsensitivityofdetectingtinydamageofstructural,greatanti-inter

7、ferenceperformance,convenienceofsignalacquisition.Theseresultinawideapplicationforegroundonmetals,compositesandconcretestructures.EMItechnologyisappliedtopiezoelectricelementself-diagnosis.Itincludesrevisingadmittancemodel,addingdamagefactorsonpiezoelectricelementdestructionandd

8、ebonding.Geneticalgorithmwasusedtocalculatethev