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基于压电阻抗损伤识别技术的有限元研究

作　者: 吴建中
导　师: 张军
学　校: 安徽理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 机械阻抗压电阻抗有限元结构损伤识别裂纹损伤指数
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 41次
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内容摘要

近几年来,自然灾害频频发生,灾后的各种机械设备损伤程度检测技术也接受了很大的挑战,在实际生活中,因设备的隐性损伤而导致的事故屡见不鲜,因此,人们对安全的需求也越来越高,结构的的损伤识别和健康监测技术也越来越被人们重视。目前,基于压电阻抗的损伤识别和健康监测技术在国内外已经有很多学者做过相关的研究,本文在前人的研究基础上,通过理论推导、有限元分析、实验验证以及数据处理等方法进行该技术的进一步研究,研究内容及成果有如下几点：1.介绍了压电材料的基本信息,从理论上分析了压电-结构耦合系统的电阻抗理论,并详细推导压电耦合电阻抗/电导纳公式,分析压电-结构耦合电阻抗与结构机械阻抗之间的关系。2.理论上推导铝梁机械阻抗公式,从有限元的角度进一步分析了压电耦合电阻抗与机械阻抗之间的联系,利用实验验证了有限元结果的正确性,结果表明：压电耦合电阻抗和机械阻抗在共振频率点和振型上基本一致,确定了压电耦合电阻抗与机械阻抗的关系,即压电耦合电阻抗的变化是机械阻抗变化的直观反映。3.分析了单片PZT的压电阻抗理论,应用ANSYS有限元软件对其进行仿真分析,通过实验测量其压电阻抗/导纳,与有限元结果比较分析PZT片的线性工作频率范围,在线性工作频率范围内选择合适的频率区间,以自由铝梁的裂纹数目、裂纹深度、裂纹位置以及PZT片的位置对压电耦合电阻抗的影响为分析对象,进行PZT-铝梁的耦合电阻抗有限元分析,结果表明：对于裂纹数目的增多,在阻抗谱的变化上较为明显,但利用数据识别方法较难以识别,对于裂纹位置、裂纹深度以及PZT片的位置识别效果较好,随着裂纹深度的增加,损伤指数增高,PZT片距裂纹越近,识别效果越好。4.搭建实验平台,利用英国WK6500B阻抗分析仪进行实验研究,验证有限元损伤识别分析结果的有效性,结果表明：实验损伤识别结果与有限元仿真识别结果基本一致,这为损伤的定量和定位识别提供了有效的研究手段。图66表11参82

基于压电阻抗损伤识别技术的有限元研究

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