基于壓電陶瓷的嵌入式動態(tài)拉應力傳感器的開發(fā)與標定.pdf

1、混凝土抗拉強度低，在拉應力作用下易開裂。對混凝土的拉應力進行實時監(jiān)測對判斷混凝土在動力荷載作用下的開裂，以及混凝土中應力的分布具有重要意義。傳統(tǒng)的應力測試手段主要是通過對應變的測量根據材料的本構關系計算得到應力值。容易看出此方法的可靠性依賴于材料本構關系的準確獲取。然而，一方面由于混凝土材料是一種非均勻、非連續(xù)的人工石材，另一方面混凝土材料的力學性能在強動力荷載作用時因存在應變率效應與靜態(tài)時表現出較大差異，所以計算得到的應力值不可靠。再

2、者，粘貼應變片的方法僅能得到構件表面的應力值，對結構內部的應力分布無法獲知。研究開發(fā)出可直接得到構件內部應力信息的新型應力傳感器十分必要。壓電材料因具備正逆壓電效應是制作傳感及驅動裝置的理想材料，近些年來，已經在土木工程結構的損傷識別和健康監(jiān)測方面取得了成功運用。
　　本文選用了一種響應速度快、頻響范圍較寬、線性度好、易加工且經濟的壓電陶瓷片作為傳感元件，開發(fā)出基于嵌入式壓電陶瓷的動態(tài)拉應力傳感器。主要包括以下研究內容:
　

3、　(1)在已有的對基于壓電材料的應力傳感器研究工作的基礎上，重點研究開發(fā)適用于土木工程領域動態(tài)拉應力測量的傳感元件，規(guī)范統(tǒng)一了傳感器制作使用的材料及封裝步驟，保證了所研發(fā)的傳感器具有良好的防水和絕緣性能且不同傳感器之間個體差異小。
　　(2)利用改進后的小型落錘試驗機，對嵌入式壓電陶瓷動態(tài)拉應力傳感器進行了在沖擊荷載下的靈敏度標定。結果表明制作的基于壓電陶瓷的嵌入式動態(tài)拉應力傳感器的輸出信號與沖擊荷載表現出良好的線性關系，且不同的

4、壓電傳感器之間差異較小
　　(3)研究出對壓電陶瓷片施加預緊力的操作方法，并對施加不同預緊力水平的壓電陶瓷傳感器作了靈敏度標定試驗，分析了預緊力對壓電傳感器性能的影響。
　　(4)將標定好的壓電傳感器埋入到鋼筋混凝土梁純彎曲段的受拉區(qū)，對鋼筋混凝土梁分級施加沖擊荷載，利用所開發(fā)的傳感器測量鋼筋混凝土構件動態(tài)拉應力。結果表明試驗數據表明壓電傳感器的輸出信號計算得到的應力時程可以很好與試驗現象吻合，并和電阻應變片信號同步且有相似