1-1型OPCM驱动元件的研究

研究了具有压电正交异性特性的片状压电复合材料及其压电正交异性复合材料 (Ortho tropicPiezoelectricCompositeMaterials ,简称OPCM )驱动元件的构造机理、性能 压电正交异性复合材料在相互垂直的两主方向上呈现出明显的压电特性差异 ,作为驱动片 ,片状压电正交异性复合材料在相互垂直的两主方向表现出相反的变形 ,该特性符合一般工程材料的变形规律 它在对结构的形状和位移控制以及在自适应结构中作为驱动元件较之常规的压电驱动材料有其独特的优点 实测表明 :OPCM驱动元件的纵向诱导应变是PZT驱动元件的 1.2 8倍 ,OPCM驱动元件的纵向诱导应变是其横向诱导应变的 1.30倍 ,且方向相反 ,显示出压电正交异性复合材料驱动元件产生横向负向诱导应变的优越效能     

土木工程智能结构中传感器原理与应用

智能材料结构起源于 90年代初的航空、航天领域 ,近年来在医学、船舶、建筑等领域也迅速形成了智能材料结构在该领域的应用研究热点 土木工程智能结构是集传感、控制和驱动等功能的工程结构 ,其中 ,传感元件的功能及其特性至关重要 文中重点介绍了应用于土木工程智能结构中的压电材料、光导纤维、形状记忆合金、电阻应变丝和碳纤维等传感元件的传感机理及相关的应用领域以及电脉冲时域反射技术在土木工程中的应用 上述传感元件及传感技术在土木工程结构的健康检测、安全评估和大型结构的抗震工作中有着重要和广阔的应用前景     

基于摄动理论的压电阻抗损伤识别分析

结合摄动理论和压电阻抗技术监测结构的损伤的发生和定位.本文利用一阶摄动方法获得了受损简支梁的特征值和模态振型的解析表达式.通过受损梁的模态振型得到了受损梁的阻抗,结合PZT与结构的压电耦合电导纳公式得到受损梁的电导纳信号,采用CC损伤指标评定结构的损伤程度.以一个受损简支梁为数值算例,计算了不同损伤条件下其电导纳信号和损伤指标的变化.当结构损伤位置同PZT之间的距离相同情况下,PZT的CC指标随损伤程度增加有减小的趋势;结构损伤程度相同的情况下,各损伤工况下的RMSD指标随损伤位置与PZT之间的距离的增加有减小的趋势.     

基于压电阻抗法的机械螺栓组松动监测及识别

基于压电阻抗方法的结构健康监测(SHM)方法因其潜在的实用性而成为健康监测领域内重点研究的方法之一。介绍了压电阻抗技术用于结构健康监测的技术原理,分析了几种用于机械螺栓松动监测和识别方法的特点。实验以大型起重机等工程结构中常见的螺栓组为对象,通过HP4395A网络频谱阻抗分析仪测量粘贴在螺栓附近适当位置上的PZT压电片的阻抗特性,探讨了合适的扫描频率。分析了用均方根值(RMSD)作为损伤系数能实现对螺栓松紧程度的识别,而通过分布式的PZT能实现对螺栓组中螺栓松动的基本定位。     

结构关键部位疲劳裂纹检测技术研究

本文基于朴素贝叶斯分类方法,对lamb波信号的时频特征进行分类,从而监测结构关键部位的损伤状态。利用小波变换对压电传感元件接收到的Lamb波信号进行时间频率域分析,提取与损伤状态对应的损伤指标;在此基础上利用朴素贝叶斯分类器进行损伤状态的分类,得到结构关键部位的裂纹长度。典型结构关键部位（如接头耳片）的实验研究结果表明文中方法的有效性。     

不同加载模式下GFRP管混凝土组合柱的损伤实时监测

基于压电陶瓷主动传感技术，对GFRP管混凝土组合柱(concrete filled GFRP tube, CFGT)进行损伤监测.制作2组预埋压电智能骨料(smart aggregate, SA)的GFRP管约束混凝土短柱试件，分别进行单调和往复轴压试验，监测其损伤情况.加载过程中采集实时信号，采用小波包能量法和基于均方根偏差的损伤评判指标(damage indicator, DI)等进行损伤评估，发现小波包能量随着荷载的增大明显衰减，而损伤评判指标随着荷载的增大而增大，且在损伤达到一定程度时趋于平稳；组合柱底的小波包能量均大于柱顶的；柱底混凝土晚于柱顶破环；往复加载下的混凝土破坏先于单调加载下的.结果表明，该监测方法能有效识别组合柱在受力时的实时损伤程度，且监测信号的幅值、小波包能量、损伤评判指标均在损伤过程中表现出较好的敏感性.该方法可为该类组合柱在施工、使用过程中的实时损伤研究提供参考.     

压电阻抗法检测管道腐蚀损伤的实验研究

对油气管道的损伤进行实时监测,是建立管道健康监测系统的基本前提.本文基于压电阻抗技术进行油气管道腐蚀损伤识别实验,实测不同损伤类型的管道损伤前后及不同损伤状态下的PZT阻抗谱,探讨了管道损伤与PZT阻抗信息变化的关系.同时对实验数据进行分析,获取了与损伤类型相对应的统计特征指标变化规律,能够判断管道损伤位置和程度.     

基于压电波动法的混凝土梁裂缝深度与位置监测

为了研究混凝土梁裂缝深度和裂缝位置对压电陶瓷驱动接收效果的影响,首先采用ABAQUS软件,对不同激励源下健康混凝土梁模型的输出信号进行了模拟分析,以确定激励源最优频率,对压电片参数的形状、尺寸和厚度进行优化.然后对健康混凝土梁模型和存在不同深度、位置裂缝的有损伤混凝土梁模型的输出信号特征进行了模拟分析.最后开展了压电波动试验,对健康混凝土梁和有损伤混凝土梁进行了监测分析.研究结果表明：压电陶瓷输出信号强度和小波包能量随着裂缝深度的增加而逐渐减小;贯穿裂缝与发射端传感器距离越近,接收端传感器显示的信号愈强烈,而距离越远,信号衰减程度增大.     

基于压电传感器的纤维陶粒混凝土冻融损伤检测

针对纤维陶粒混凝土低温下受到冻融损伤导致影响结构安全性问题,基于压电陶瓷传感器进行损伤检测。利用压电传感技术对冻融后的纤维陶粒混凝土试件进行检测,获得不同冻融次数下的应力波信号。当冻融次数增加,试件相对动弹模量和抗弯强度下降,压电陶瓷检测到的应力波信号幅值相应减小,基于应力波的衰减,采用小波包能量分析法将其转化为损伤指数,与冻融试验评价指标损伤程度和抗弯强度损失率进行拟合,吻合度较高。结果表明,纤维陶粒混凝土损伤指数与冻融损伤程度和抗弯强度损失率相关性较强,该纤维陶粒混凝土冻融损伤无损检测方法具有良好可行性。     

小波分析在土木工程结构健康监测系统中的应用研究

利用小波分析多分辨率的特点对结构损伤进行在线检测,判定结构损伤位置。在阐述了土木工程结构健康监测系统的组成、监测内容模块的功能及其特点和小波分析进行损伤识别的原理以及结构损伤的多尺度分析的基础上,通过对单层混凝土结构实验台的加速度信号进行小波分析,得到结构损伤的时刻,通过研究信号小波变换的尺度函数确定了损伤的位置,试验表明,该方法具有一定的实用价值。     

煤岩声发射机理及实验研究

利用煤岩损伤理论和煤岩材料的固有缺陷分布特征,推导了煤岩破坏过程中的声发射理论模型,建立了岩石声发射率与应变过程、加载速率、材料均质度、初始损伤、材料固有特性等的理论关系;通过实验验证了该模型的正确性;理论推导、计算机模拟和实验室试验证实,均质度不同的岩石等材料应变过程中,声发射率变化规律有3种模式,即随应变增加,声发射率(指数)上升型、先升后降型和平稳型.工程实际应用中,应根据岩石等材料具体分析,掌握岩石等材料破坏前兆规律,才能根据声发射变化特征判断材料破坏动态.图4,参8.     

基于DDC的SAW回波信号频率提取方法

SAW测量中,所要处理的回波信号具有瞬时、中频、窄带的特点,传统的FFT频谱分析法的频率分辨力受信号采样长度的制约,无法满足SAW测量的精度要求。基于SAW谐振器工作原理及信号特点,采用数字下变频技术降低回波信号频率,并以曲线拟合的方法提取信号频率;通过对比不同的谐振频率提取方法的处理结果,进一步验证了该方法的有效性。     

梯度加载下岩爆试验的声发射特性

为了研究岩爆过程中声发射特性参数与岩爆破坏的关系,通过自主研发的岩爆模型试验装置,对大尺寸(1 000mm×600mm×400mm)试件进行岩爆模型试验。采用声发射监测装置,获取了不同加载梯度下岩爆模型试验过程中的声发射监测数据。结果表明:梯度加载过程中,试件的声发射事件数及能量在不同加载时刻有所不同,表现为极大的梯度变化;加载初期,声发射信号极少,岩爆瞬间突变增大,试件集聚的能量越大,更易发生瞬间强烈的岩爆现象;声发射定位点能够反映试件内部裂纹的动态演化过程,梯度加载过程中,声发射定位点的分布及数量能够直观展现岩爆破坏的程度。     

Progressive Failure Analysis of Quasi-isotropic Self-reinforced Polyethylene Composites by Comparing Unsupervised and Supervised Classifications of Acoustic Emission Data

Unsupervised and supervised pattern recognition（ PR）techniques are used to classify the acoustic emission（ AE） data originating from the quasi-isotropic self-reinforced polyethylene composites,in order to identify the various mechanisms in the multiangle-ply thermoplastic composites. Ultra-high molecular weight polyethylene / low density polyethylene（ UHMWPE / LDPE）composites were made and tested under quasi-static tensile load. The failure process was monitored by the AE technique. The collected AE signals were classified by unsupervised and supervised PR techniques, respectively. AE signals were clustered with unsupervised PR scheme automatically and mathematically. While in the supervised PR scheme,the labeled AE data from simple lay-up UHMWPE / LDPE laminates were utilized as the reference data.Comparison was drawn according to the analytical results. Fracture surfaces of the UHMWPE / LDPE specimens were observed by a scanning electron microscope（ SEM） for some physical support. By combining both classification results with the observation results,correlations were established between the AE signal classes and their originating damage modes. The comparison between the two classifying schemes showed a good agreement in the main damage modes and their failure process. It indicates both PR techniques are powerful for the complicated thermoplastic composites. Supervised PR scheme can lead to a more precise classification in that a suitable reference data set is input.     

声发射地应力测量中凯塞点的确定

准确判断凯塞点是岩石声发射地应力测量中的重点和难点 ,目前还没有一种有效的确定方法。对砂岩声发射试验中声发射信号的重标区间 (R/S)进行了分析 ,发现lg(R/S)与时间间隔对数值具有很好的线性相关性 ,相关系数均大于 0 .97,这表明声发射信号曲线具有分形特征。研究还发现 ,不同载荷阶段声发射信号曲线的赫斯特指数 (H)可反映声发射信号强弱变化的趋势。当H >0 .5时 ,声发射信号趋于加强 ;H <0 .5时 ,声发射信号趋于减弱。根据这一规律 ,通过计算声发射信号曲线的赫斯特指数 (或分形维数 ) ,便可确定声发射试验中的凯塞点。实践证明这是一种确定凯塞点的有效方法。     

自愈合混凝土损伤演化声发射监测及其评价技术

自愈合混凝土能较大程度地提高混凝土的极限承载力.针对自愈合混凝土损伤缺乏有效研究手段的现状,提出用声发射技术来监测它的损伤演化.通过自愈合混凝土梁三点弯曲试验,对它的损伤全过程进行了声发射监测.通过声发射计数能够准确地判断自愈合混凝土裂纹的开裂、扩展及其损伤演化过程,它的包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系.运用凯塞(Kaiser)效应和费利西蒂(Felicity)比能正确判断愈合的优劣情况.最后,对自愈合混凝土损伤演化的各个阶段声发射波形进行小波分析,通过小波奇异检测技术提取出各自的特征波形,并分析其频率分布范围,进一步分析了损伤的内在成因,为自愈合混凝土损伤类型提供了一种新的判据和测试方法.     

基于压电传感器的管道泄漏监测仪的研制

提出了通过提高输油管道泄漏信号的信噪比进而提高泄漏检测的可靠性和灵敏度的方法；在定量分析、比较压阻式压力传感器和压电式动态压力传感器各自信号的特征和信噪比的基础上，提出了基于压电传感器的管道泄漏监测方法。阐述了基于压电传感器的管道泄漏监测、定位原理以及基于MSP430F149单片机的管道泄漏监测仪软、硬件设计方法及实现。现场泄漏检测试验结果表明，基于压电传感器的管道泄漏监测仪可以较好地提高泄漏检测的可靠性和灵敏度。     

循环载荷作用下岩石声发射时空演化规律

利用先进的声发射测试分析系统对细粒砂岩进行了声发射定位试验。通过对循环载荷作用下细粒砂岩声发射定位试验研究,分析循环载荷作用下岩石变形破坏全过程的声发射时空演化特征及其损伤演化规律。试验结果表明:静态加载阶段的声发射信息很好地反映了岩石在压密阶段、弹塑性变形阶段的损伤演化规律;循环阶段初期声发射都由小裂纹产生的小事件组成,持续时间及能量值都比较小,空间定位结果显示了事件大都在静态加载阶段形成的成核区产生,且空间事件点变化不快;循环中期声发射能量在时间上变化不大,偶有起伏,空间上事件点变化缓慢,每循环只有少量增加,在时空上都处于一个稳定发展阶段;循环末期每循环的声发射事件数、能量值都急剧增加,特别是破坏阶段达到最大值,事件点由能量高、持续时间长的大事件组成,空间演化迅速,事件点在成核区不断聚集并快速连接,不断向顶部扩散,最后容汇贯通形成宏观破裂面;峰后由于破裂面相互滑动摩擦带动附近的弱结构单元形成新损伤,继续产生声发射,且在完全停止加载后因岩石内部寻求新应力场平衡仍有少量声发射。     

钢包耳轴活性缺陷声发射信号特征与定位分析

钢包耳轴是整个钢包结构的关键部位之一,耳轴根部在长期的高温吊拉作业中会产生活性疲劳裂纹.针对常规超声法难以对耳轴根部焊缝进行无损检测的问题,提出基于声发射(Acoustic emission, AE)平面定位技术对钢包耳轴根部焊缝活性缺陷进行检测的方法.对原始AE数据进行滤波处理并结合小波包变换对信号进行分析.实验结果表明该方法能够较准确定位焊缝活性缺陷的位置.经过小波包对AE信号进行3层分解与重构后,活性缺陷AE信号频带主要分布在62.5~125 kHz,其能量占总能量的81.25 %,符合一般裂纹扩展的频率特征.