基于嵌入式压电陶瓷的动态应力传感器的开发与标定

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1、学校代号10532学号S12011001分类号TU317+.3密级公开硕士学位论文基于嵌入式压电陶瓷的动态应力传感器的开发与标定学位申请人姓名王丹培养单位土木工程学院导师姓名及职称许斌教授学科专业土木工程研究方向工程结构性能监测及其应用论文提交日期2015年05月31日学校代号：10532学号：S12011001密级：公开湖南大学硕士学位论文基于嵌入式压电陶瓷的动态应力传感器的开发与标定学位申请人姓名：王丹导师姓名及职称：许斌教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2015年05月31日论文答辩日期：2015年06月03日答辩委员会主席：李正农D

2、evelopmentandCalibrationofembeddedPZT-BasedDanamicStressSensorsbyWANGDanB.E.(HunanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorXUBinMay,2015湖南大学学位论文原创性声明

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5、健康监测和损伤识别中得到成功应用。通过将经过防水和绝缘处理后的压电陶瓷片封装入与混凝土材料相兼容的混凝土砂浆块中然后将其嵌入被测混凝土结构中充当驱动器以及传感器，实现了混凝土结构的裂缝发生发展的监测。对混凝土结构的应力状态进行监测是维持其安全性的重要手段。目前，混凝土结构进行应力测量，一般只注重其表面上的应力分布。通过在混凝土结构表面黏贴电阻式应变片来测量混凝土表面的应变，然后通过假定的混凝土材料的弹性模量换算得到混凝土表面的应力，而对混凝土内部的应力状态无法获得。此外，通过测量所得应变以及弹性模量来换算得到应力时，弹性模量取值对换算结果有影响，特别是混凝土在强动

6、力荷载作用下而进入塑性阶段后，混凝土材料的应力应变关系不再保持线性，不能通过应变测量值获取应力。所以，对工作状态下混凝土结构内部应力的测量对混凝土结构的安全性来说至关重要。开发能够直接嵌入混凝土内部、直接用于混凝土内部应力测量的传感器，特别是在地震、爆炸和冲击等强动力荷载作用下的动态应力的测量具有十分重要的意义。本文提出基于压电材料的混凝土结构内部动态应力测量传感器，并对其进行标定。具体的工作包括以下三个方面：（1）在已有研究的基础上，对嵌入式压电陶瓷动态应力传感器进行了部分改良，使得制作的传感器具有良好的防水绝缘性能，灵敏度更稳定，并且使其更易于绑定于混凝土结构

7、中。（2）制作了基于压电陶瓷的动态剪应力传感器并将该剪应力传感器嵌入混凝土空心薄壁空心圆筒中，且满足空心圆筒的直径与壁厚达到足够比例，利用小型落锤实验机进行冲击荷载加载用以标定其灵敏度，实验结果表明所研制的剪应力传感器之间的灵敏度个体差异性小，所研制的基于压电陶瓷的剪应力传感器表现出良好的线性度。（3）制作了基于剪切型压电陶瓷以及伸缩型压电陶瓷的平面动态应力传感器，通过使用小型落锤实验机施加冲击荷载并对埋置在简支梁中的平面应力传感器的灵敏度进行标定，实验表明基于压电陶瓷的平面动态应力传感器可以较好反映混凝土结构内部的应力情况，为下一步对混凝土结构的定量动态应力监测

8、做好铺垫。