基于压电装置的珩架型机构造物的损伤检测技术研究

摘要

本研究利用智能压电陶瓷材料对机械构造物进行损伤检测，并使用由压电装置、阻抗分析仪和计算机构成的测试系统。 研究首先提出了阻抗测量法的概念，并在单体梁上进行实验。实验结果和分析表明，使用阻抗测量法能方便地得到构造物的频率响应特性，同时根据梁的支撑条件和几何尺寸，很容易通过计算确定压电陶瓷的粘贴位置及合适的频率范围。 接下来，将珩架型机械构造物作为测试对象物，用螺栓扭矩力的变化作为损伤例子进行研究。将紧固梁的螺栓施加2Nm的扭矩作为健康状态，以0.25Nm的间隔减小螺栓上的扭矩至1Nm，测出在各种扭矩下的电气阻抗值。将测得的电气阻抗值与健康状态下的值进行比较和分析，找出扭矩的变化量与时电气阻抗值的变化量的关系。为有效地评价损伤的大小，提出了三个评价指标：阻抗波峰频率移动量ΔF，波峰振幅变化率δ和Q值变化率γ。 最后，通过对珩架构造物上的其他螺栓进行实验，验证了阻抗测量法和三个评价指标的有效性。因此，可以通过测量珩架构造物不同状态下阻抗值来判断损伤状况。

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1绪论

2阻抗测量法

2.1利用压电陶瓷的阻抗测量法的概念

2.2.阻抗测量系统

2.2.1测量对象

2.2.2实验装置

2.3阻抗应答

2.4纵弹性波的振动模型及压电陶瓷片的粘贴位置

2.5本章小结

3珩架型构造物的损伤测量及评价方法

3.1测量珩架型构造物的阻抗

3.2选择频率范围

3.3压电陶瓷片的安装位置

3.4分辨率对测试结果的影响

3.5测量顺序

3.6频率分辨率的选择

3.7基于阻抗测量的损伤评价方法

3.7.1评价指标Ⅰ：阻抗波峰频率移动量ΔF

3.7.2评价指标Ⅱ：波峰振幅变化率δ

3.7.3评价指标Ⅲ：Q值变化率γ

3.8频率分辨率和评价指标精度

3.9本章小结

4损伤评价法的验证

4.1不同位置螺栓的比较

4.1.1螺栓a和b的测量结果比较

4.1.2螺栓a和c、d的测量结果比较

4.2评价方法分析

4.3初期状态的变化

4.4损伤评价法的应用

4.5本章小结

5全文总结

致 谢

参考文献

附 录