基于壓電埋入式模塊的混凝土聲檢測研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益完善，許多大型的建筑設(shè)施如高層建筑、橋梁、核電工程、大壩等的建設(shè)取得了巨大的成就。這些大型的建筑設(shè)施在給人們的生活帶來極大的便利的同時，其質(zhì)量、安全問題，因為關(guān)系著人們的生產(chǎn)生活能否順利進(jìn)行，一直都是大家關(guān)注的重點。因此，了解并掌握這些建筑結(jié)構(gòu)的安全狀況，從而避免一些不必要的災(zāi)難事故的發(fā)生，顯得日益重要。
　　 實驗室在前期研究工作中針對土木工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)提出由壓電智能材料與混凝土基體

2、材料相結(jié)合，形成壓電機(jī)敏結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，實現(xiàn)對土木工程系統(tǒng)中混凝土結(jié)構(gòu)的健康檢測。在此思想指導(dǎo)下，設(shè)計了一種壓電埋入式混凝土機(jī)敏模塊，并對這種壓電埋入式混凝土敏感模塊的很多物理特性進(jìn)行了大量有針對性的研究。研究結(jié)果表明，埋入混凝土中的壓電陶瓷具有對應(yīng)力和溫度敏感的特性，根據(jù)這一特性，考慮采用壓電埋入式混凝土敏感模塊實現(xiàn)對混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和溫度進(jìn)行監(jiān)測。同時，根據(jù)壓電材料的電聲換能特性可知，壓電元件能夠?qū)崿F(xiàn)電能和聲能之間的能量互換。依據(jù)這一原理

3、，本課題對采用壓電埋入式敏感模塊實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)缺陷的聲檢測進(jìn)行了初步研究。
　　 論文首先分析總結(jié)了目前混凝土檢測常用的各種方法，對前期研究成果進(jìn)行了歸納總結(jié)，在前期工作基礎(chǔ)上，提出了采用壓電埋入式敏感模塊實現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)聲檢測的方法，針對混凝土聲檢測的特點，介紹了聲波的基本概念，對聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播特點進(jìn)行了分析并對已有的超聲法檢測混凝土缺陷的基本原理進(jìn)行了重點闡述。現(xiàn)已發(fā)展成熟的超聲檢測理論為采用壓電埋入式敏感模塊對混凝

4、土結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲檢測研究提供了必要的理論和技術(shù)支撐，也為后續(xù)實驗系統(tǒng)的搭建及數(shù)據(jù)的分析和解釋提供了必要的依據(jù)。
　　 針對這種埋入方式的特殊性和混凝土結(jié)構(gòu)材料的復(fù)雜性，依據(jù)實驗室前期的研究成果，建立壓電陶瓷元件及壓電埋入式敏感模塊的有限元模型，對埋入混凝土結(jié)構(gòu)所采用的壓電元件進(jìn)行了壓電耦合振動形態(tài)的模擬分析和瞬態(tài)動力響應(yīng)分析，下激發(fā)的聲場在混凝土結(jié)構(gòu)中的分布情況進(jìn)行了有限元分析。分析結(jié)果顯示，埋置入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓電陶瓷元件能夠?qū)?/p>

5、現(xiàn)良好的聲發(fā)射效果，所激發(fā)的聲場在敏感模塊內(nèi)部呈規(guī)律性的分布，說明了采用壓電埋入式敏感模塊對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行缺陷檢測的可行性。
　　 在基于壓電埋入式混凝土模塊的聲檢測實驗中，設(shè)計一種對埋置入混凝土模塊內(nèi)部壓電元件進(jìn)行聲激勵和接收的儀器系統(tǒng)。在進(jìn)行的初步實驗研究中，接收到壓電元件所產(chǎn)生的聲信號，測算了混凝土模塊中聲傳播的速度。通過對接收信號的處理和對比分析，得到了壓電埋入式敏感模塊中聲傳播的特性，為采用壓電埋入式混凝土敏感模塊實現(xiàn)