壓電機敏模塊性能分析.pdf

1、大型建筑設施如大廈、橋梁、水壩和核電站等的安全與人們的生活息息相關，因此對其進行實時、在線、長期主動的健康監(jiān)測顯得日益重要。針對傳統混凝土結構的監(jiān)測方法存在的一些缺陷或不足，在前期的研究工作中提出了壓電機敏土木工程結構系統，在此基礎上本文通過有限元分析和實驗相結合的方式對壓電機敏混凝土模塊的應力及溫度響應特性進行了研究。 論文首先對組成壓電機敏模塊的基體材料——混凝土復合材料的各種性能進行了分析，歸納了混凝土的各種特性，為壓電元

2、件與混凝土結構的有效耦合，及由此構成的壓電機敏模塊的相關實驗數據的分析和解釋提供了必要的理論支持。其次對壓電機敏模塊的核心元件——壓電陶瓷的壓電效應和其內部機理進行了分析，討論了壓電陶瓷在不考慮損耗和考慮損耗兩種情況下對其外部物理環(huán)境變化的內部響應機理；通過分析壓電陶瓷在這兩種狀態(tài)下的壓電等效電路參數與電彈常數之間的關系，研究了利用埋入壓電陶瓷元件來進行結構應力監(jiān)測的機敏技術原理。 針對混凝土材料及混凝土結構的復雜性，建立了機敏

3、混凝土模塊的有限元分析模型，利用有限元分析方法對將壓電陶瓷元件埋入混凝土模塊中時可能出現的各種情況進行了仿真分析，如機敏模塊外部載荷加載的不同方式、壓電陶瓷元件的不同埋入位置、混凝土模塊內部復雜的應力分布、及埋入其中的壓電陶瓷元件上的應力值的影響因素等。分析結果展示，埋入混凝土模塊中的壓電陶瓷元件上的應力值與模塊內部的應力分布之間具有一定的線性關系，說明了利用埋入壓電陶瓷元件來進行結構應力監(jiān)測的可行性。通過有限元分析與實驗相結合的方式，

4、研究了埋入混凝土模塊中的壓電陶瓷元件表面覆蓋不同厚度的橡膠層對機敏模塊性能的影響，并確定了最佳橡膠保護層的厚度。 在壓電機敏模塊的載荷響應特性實驗中，測量了壓電陶瓷的各等效電路參數的載荷響應特性，并根據各等效電路參數與耗散因子之間的關系，計算了壓電陶瓷耗散因子的載荷響應特性。對壓電陶瓷片在自由狀態(tài)時和將其埋入混凝土模塊內部后的溫度特性的實驗中，分別測量了各等效電路參數對溫度的響應特性，實驗結果表明埋入前與埋入后各等效電路參數對溫