学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于阻抗分析的构件结构损伤检测技术研究

作　者: 秦子健
导　师: 张军
学　校: 安徽理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 压电陶瓷结构损伤检测压电有限元分析损伤判定阻抗分析
分类号: TG115.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 24次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

机电阻抗技术是一种很有前景的无损检测的新技术。该技术利用压电材料具有正、逆压电效应,既可以作驱动器又可以作传感器的特性,通过检测对比损伤前后压电陶瓷片的电阻抗来实现对损伤的诊断。本文进行的是利用压电智能材料是机电阻抗特性对构造物进行损伤检测和分析的研究。本文先是通过与传统无损检测方法的对比介绍了机电阻抗技术用于结构无损检测和健康监测的独特优点(即特别适用于对微小损伤的检测),该技术的国内外研究现状以及其用于无损检测的理论基础。推导出基于机电耦合效应的构造物机械阻抗和PZT电阻抗的关系。随后运用有限元分析方法对其进行了分析和实验验证。利用有限元分析软件对单个PZT、粘贴在铝梁上的PZT分别做了关于阻抗/导纳频谱、阻抗实部/阻抗虚部频谱、导纳实部/导纳虚部频谱的压电分析并与实验结果进行了相应对比。得出基于有限元分析软件的有限元分析法所得结果能够很好的和实验所测结果的频谱趋势、波峰处幅值以及波峰处频率相吻合。最后还利用其特性做了模拟实际工作情况和设计实验的研究。其中包括：阻抗应答实验、自由梁裂纹损伤实验、固定梁裂纹损伤实验、螺栓松紧实验、PZT粘贴位置对测量结果的影响实验以及加载实验。并利用损伤指数DI对其各损伤进行了判定,验证了机电阻抗技术是一种无损检测的好方法；对加载设计实验进行了一定的分析,对其需要进一步的研究以获得更好的结果。研究表明,机电阻抗技术能够实现损伤的检测和判定,但其作为一种新技术尚处在实验室研究阶段,还需要进行大量的实验研究,尤其是在数据处理、有限元分析以及对实际工作情况的模拟等方面。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
引言  14-15
1 绪论  15-20
  1.1 背景  15
  1.2 国内外研究现状  15-17
  1.3 阻抗分析法的特点  17
  1.4 与其他无损检测法的比较  17-19
  1.5 无损检测技术发展的展望  19-20
2 基于PZT的结构损伤识别和健康监测的基本理论  20-29
  2.1 压电陶瓷材料  20
  2.2 压电效应和压电方程  20-21
  2.3 阻抗技术原理  21-22
  2.4 SMD模型的PZT耦合电阻抗分析  22-29
    2.4.1 PZT静态响应分析  22-24
    2.4.2 PZT动态响应分析  24-25
    2.4.3 耦合电阻抗分析  25-28
    2.4.4 压电阻抗技术用于结构损伤检测的原理  28-29
3 压电阻抗的有限元分析  29-46
  3.1 有限元法概述  29-30
    3.1.1 有限元法基本概念  29
    3.1.2 求解有限元法基本步骤  29-30
  3.2 关于ANSYS软件  30-31
    3.2.1 ANSYS软件简介  30
    3.2.2 ANSYS的功能  30-31
  3.3 ANSYS分析模型和各材料参数  31-38
    3.3.1 ANSYS分析模型的建立  31
    3.3.2 ANSYS中各材料参数设定  31-33
    3.3.3 网格划分及约束加载  33-35
    3.3.4 实验方案  35
    3.3.5 分析方案  35-38
  3.4 分析及比较结果  38-46
    3.4.1 单个压电陶瓷片的ANSYS阻抗分析与实验的比较  40-43
    3.4.2 贴有压电陶瓷片的铝梁的ANSYS分析  43-45
    3.4.3 结论  45-46
4 压电阻抗应答和损伤识别分析  46-58
  4.1 实验设备及器材简介  46-47
  4.2 阻抗的应答分析  47-49
    4.2.1 阻抗测量系统  47
    4.2.2 阻抗应答  47-49
  4.3 梁的裂纹损伤分析  49-54
    4.3.1 两端自由梁的裂纹损伤识别  49-50
    4.3.2 结构损伤评价方法  50-51
    4.3.3 两端自由梁的损伤判定结果  51-54
  4.4 两端固定梁的损伤识别  54-56
    4.4.1 测量系统  54-55
    4.4.2 固定后对阻抗的影响  55
    4.4.3 两端固定梁的损伤判定  55-56
  4.5 螺栓松动的损伤判定  56-58
    4.5.1 阻抗测量系统  56-57
    4.5.2 螺栓松动的损伤判定  57-58
5 应用机电阻抗技术进行损伤检测的相关研究  58-69
  5.1 贴片位置对损伤判定的影响  58-63
    5.1.1 实验目的  58
    5.1.2 实验方案  58-59
    5.1.3 实验结果分析  59-63
  5.2 加载对梁的损伤影响  63-69
    5.2.1 实验目的  63
    5.2.2 实验方案  63-65
    5.2.3 实验结果分析  65-69
6 总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-74
附录A 贴有压电陶瓷片的铝梁阻抗分析ANSYS命令流  74-77
致谢  77-78
作者简介及读研期间主要科研成果  78

基于阻抗分析的构件结构损伤检测技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文