压电阻抗技术在焊缝裂纹监测中的应用

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1、、第43卷第2期2011年4月南京航空航天大学JournalofNanjingUniversityofAeronautics学报8LAstronautics压电阻抗技术在焊缝裂纹监测中的应用翔1朱楚为2章建文2王宁2李允2V01．43No．。2Apr．201l(1．中国民航大学航空工程学院，天津，300300；2．南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：采用多片压电元件(PZT)粘贴在焊接铝板结构表面，用阻抗分析仪测量PZT导纳信息，研究激励频率对PZT导纳值的影响以及不同位置PzT传感器对裂纹感知的灵敏性。构建人工神经网络，对焊缝结构的缺陷进行定位。实验结果表

2、明：PzT传感器的导纳谱能灵敏地反映结构状态的微小变化；且不同位置PZT对裂纹感知的灵敏度不同；对于同一PZT，激励频率不同，其阻抗变化量不同；提取导纳信息中表征结构健康状况的特征量作为神经网络的输入向量，训练后的神经网络可以迅速并准确地实现焊缝结构损伤的监测和定位。关键词：裂纹；压电阻抗技术；人工神经网络；结构健康监测中图分类号：TP206．1文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)02—0205—05ApplicationofElectro-MechanicalImpedanceMethodinCrackDetectingofWeldingLineLuXian

3、91，ZhuChuwei2，ZhangJianwen2，WangNin92，LiYun2(1．CollegeofAeronauticalEngineering，CivilAviationUniversityofChina，Tianiin，300300，China；2．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：AweldingaluminumplatewithseveralPZTsensorspastedonthes

4、urfaceisusedasthere—searchexample．Thechangeofthepiezoelectricimpedanceinspiritedbydifferentfrequenciesoftheex—citedsignalisstudiedbyanalyzingthePZTimpedancespectrum．Anartificialneuralnetworkiscon—structedtolocatethecrack．Experimentalresultsshowthatevensmallchangesofstructuralstatecanbedetect

5、edbytheimpedancechangesofPZTpatches．ForthesamePZT。differentfrequenciesoftheexcitedsignalhavedifferentimpedancechanges．Thecharacteristicsrepresentingthehealthofstructurearechosenastheinputvectorsoftheartificialneuralnetwork．Thetrainedneuralnetworkcanmonitorandpositiontheweldingcracksquicklyan

6、dcorrectly．Keywords：crack；piezoelectricimpedancetechnology；artificialneuralnetwork；structurehealthmonitor—mg焊接结构随着使用年限的增长以及环境荷载的作用，将不可避免地产生损伤积累，严重时会导致整个结构的毁坏。目前应用较为广泛的焊缝无损检测方法诸如射线检测法、磁粉检测法、涡流检测法等在高速度、高效率、对人体伤害程度等方面均存在着一定的不足，而且需要事先知道缺陷或损伤的大致位置，对于复杂机械系统实施检测时需停止服役，费时费力[1]。而另一方面，压电阻抗技术在结构健康监测中已有

7、了较广泛的应用，如对混凝土和铝梁的裂纹、螺栓的松动等方面的监测[2嵋]。但是将压电阻抗法应用在焊接结构的健康监测相对较少，目前已有的研究集中在点焊焊接，监测的结果也停留在是否有损伤的定性判断上[4‘5]，而对于目前使用最多的融化焊焊缝损伤的研究基本属于空白。本基金项目：国家自然科学基金(50802043，50911140286)资助项目。收稿日期：2010—06—28；修订日期：2010—12—3l通讯作者：卢翔，男，讲师，1969年10月生，E—mail：xlu@cauc．edu．cn。声