文档介绍：基于机电阻抗技术的结构损伤识别方法研究
【摘 要】随着国内社会经济的迅速发展,各种大型复杂工程结构不断涌现,日益向大型化、复杂化和智能化方向发展。这些重要工程结构的安全监测和损伤识别越来越受到学术界和工程界的重视。压电智能材料的种,分别为静力等效法、动力有限元法以及机电阻抗法。
静力等效法主要基于两个基本假定:即传感器与主体结构之间的相互作用是位于传感器端部的集中力,以及获得的集中力与激励频率无关。该集中力可通过传感器与结构的位移协调方程和静力平衡方程求解得到,然后用该力求解结构的静动力响应。动力有限元法是数值求解中应用较为广泛的一种,能够对结构动态响应提供准确的预测,是进行结构动态响应分析的有效手段。但其仍存在不足之处,例如,为了满足收敛性,在机电阻抗传感器周围需要很精细的网格划分,这导致计算效率较低:并且没有反映传感器与结构相互作用的物理本质。机电阻抗法作为分析研究传感器与结构相互作用的重要方法之一,它具有物理意义明确、计算效率高等特点,成为当前国内外学者的研究对象之一。
2结构损伤识别
在结构健康监测系统的几部分内容中,结构损伤诊断与识别是结构健康监测的核心。结构健康监测系统中的最主要环节就是结构损伤识别研究。结构中产生损伤具体表现在结构的某些特征参数发生变化。结构损伤识别是对结构进行检测,诊断结构损伤是否存在,进而判断结构损伤的位置及发展程度。结构损伤识别研究的基本内容有三个:1)判断结构是否产生损伤;2)判别结构损伤发生的位置;3)判断结构的损伤程度。结构损伤识别技术可以分为全局损伤识别技术和局部损伤识别技术。全局损伤识别方法针对于解决整个结构特别是大型复杂结构的损伤识别问题。结构损伤的出现,必将影响结构的固有属性,使得表征结构动力特性的某些特征参数发生变化,如结构固有频率的改变、结构阻尼的增大、结构刚度的降低等。因此,通过研究损伤产生前后结构模态参数的改变来对结构损伤进行识别。基于振动的模态分析方法对检测简单结构的全局损伤比较可靠,而基于波动的损伤识别方法对局部损伤较为敏感。
3基于粘贴型机电阻抗传感器的管道结构损伤识别研究
机电阻抗(EMI)技术作为近来兴起的一种有效的结构损伤识别方法,其对结构局部区域特性的变化很敏感,便利于监测结构局部区域的损伤并对损伤程度进行评估。对管道结构进行实时的损伤监测,是建立管道结构损伤识别系统的基本前提。管道结构损伤识别系统的有效运行离不开机电阻抗传感器的合理布设,机电阻抗传感器的形状、数量和位置对监测结果起决定性的作用。
将统计特征指标RMSD作为损伤指数,定量地分析管道系统局部损伤的发展过程以及发展程度,并实现对裂纹损伤的定位。得到以下结论:
(1)直管道结构与K型管结点模型试验结果一致反映出:I)基于EMI技术能够灵敏地反映管道系统中局部微小变化,能对管道系统早期的局部微小损伤进行有效地识别;2)在损伤程度不断扩展的过程中,损伤指数RMSD逐渐增长,并且结构等效机械阻抗和结构损伤敏感因子D的损伤指数增幅更大,变化更加明显。由此定量地描述管道系统局部损伤的发展过程以及发展程度;3)通过布设的机电阻抗传感器网络,利用结构损伤敏感因子D能够准确地预测管道系统中损伤发生的位置,实现对管道系统裂纹损伤的定位。
(2)直管道试验结果中,