基于压电传感器的混凝土环形试件损伤探测

作     者：张佳楠 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李俊杰

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：混凝土环形试件 压电陶瓷传感器 有限元法 裂缝损伤探测 定位定量 

摘      要：随着我国水利水电事业的发展,混凝土水工隧洞的数量和长度在不断增加。混凝土水工隧洞在服役一定的年份后,往往会出现不同程度的病害。病害缺陷的产生,对隧洞正常运行造成不利影响,甚至可能会引发人员生命财产损失的灾难性后果。因此,研究针对混凝土水工隧洞病害缺陷的结构健康实时监测方法在工程实践中具有十分重要的意义。本论文以混凝土水工隧洞的一段截面作为研究对象展开系列研究,主要内容如下:（1）探讨了压电智能传感器在交变电压激励下的工作机理,假定压电智能传感器为线弹性模型,仅在厚度方向产生形变。本文通过推导压电智能传感器在应力、应变、电位移等变量的关系,得出压电智能传感器在交变电压激励下的自振频率。从而,为后续的研究工作提供理论参考,初步确定了压电智能传感器的最优激励频率范围。（2）本文讨论了应力波在混凝土中的传播,通过ABAQUS2022有限元商业软件仿真模拟应力波传播过程。为保证应力波传播模拟更贴近试验情况,混凝土结构采用了随机骨料模型,分别讨论了骨料为规则球体,椭球体,正多面体等规则形状时的情况。此工作为后续试验提供了理论支撑。（3）在已有的探究平面铝板和混凝土板文献的相关结论的基础上,本试验探究了环形试件受到裂缝损伤时损伤长度的探测。考虑材料衰减和几何衰减,假定应力波衰减满足Rayleigh阻尼模型。根据裂缝尖端和裂缝中段区域能量衰减由显著差异这一规律,本工作采用定位、定量和形状描述方法用于混凝土裂缝绝对尺寸量化评估。