Page 40 - 无损检测2023年第三期
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试验研究




   DOI : 10.11973 / ws j c202303002

           基于压电阻抗法的带裂缝木梁损伤检测





                                       韩 芳 , 陈天驰 , 熊 畅       1 , 2
                                                     1
                                             1
               ( 1. 武汉科技大学 理学院, 武汉 430081 ; 2. 中国一冶集团有限公司, 武汉 430081 )




           摘 要: 利用压电阻抗法对带裂缝木梁缺陷检测进行试验和数值仿真研究, 并利用BP神经网
       络对木梁损伤位置进行分类识别。首先实测裂缝在不同深度和不同位置时对阻抗的影响规律, 然
       后利用损伤指标均方根偏差来定量评估木梁阻抗值随损伤程度和损伤位置的变化关系。试验和数
       值计算均表明, 木梁出现裂缝损伤后, 阻抗峰值对应频率略微下降; 损伤指标随损伤程度的增大而
       增大, 随压电传感器和裂缝位置之间距离的增大而减小。

           关键词: 压电阻抗法; 损伤检测; 神经网络技术; 压电传感器

         中图分类号: TU531.15 ; TG115.28   文献标志码: A   文章编号: 1000-6656 ( 2023 ) 03-0006-05


    Dama g edetectionfortimberbeamswithcracksbasedonelectromechanicalim p edancemethod


                                                      1
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                                 HANFan g CHENTianchi , XIONGChan g 1 , 2
                                          ,

               ( 1.Colle g eofScience , WuhanUniversit y ofScienceandTechnolo gy , Wuhan430081 , China ;

                        2.ChinaFirstMetallur g icalGrou pCo. , Ltd. , Wuhan430081 , China )

           Abstract : Bothoftheex p erimentsandnumericalsimulationsofdama g edetectionfortimberbeamswithcracks

       basedonelectromechanicalim p edancemethodwereconducted.TheBPneuralnetworkwasusedtoclassif yand

       identif y thelocationoftimberbeamdama g e.Firstl y , theinfluenceofthecracksatdifferentde p thsanddifferent

       p ositionsonim p edancewasex p erimentall y tested.Thenthedama g eindex , rootmeans q uaredeviation ( RMSD ),

       wasem p lo y ed q uantitativel y toevaluatetherelationshi pbetweentheim p edancevaluesandthedama g eseverit y and

       locationofthetimberbeams.Bothoftheex p erimentalandnumericalresultsindicatethatthecorres p ondin g

       fre q uenc y atthe p eakim p edancedecreasedsli g htl ywhenthecracka pp earedintimberbeam.Inaddition , theRMSD

       increased g raduall ywiththeincreaseofthedama g eseverit y , however , itdecreasedg raduall ywiththeincreaseof

       thedistancebetweenthe p iezoelectricsensorsandcracklocation.

           Ke ywords : electromechanicalim p edancemethod ; dama g edetection ; neuralnetworktechnolo gy ; p iezoelectric
       sensor
     近年来, 压电智能材料的正、 逆压电效应受到了                         称 PZT ]。其工作原理是将压电传感器分布在结构
   国内外研究学者的密切关注, 其具有响应速度快、 线                         关键部位, 当对 PZT 施加交流电压信号时, 其会产
   性关系好、 测量精度高、 性能稳定等优点, 被广泛应                        生微小振动, 继而使待测结构产生相应振动; 当结构
   用于结构损伤检测和健康监测领域                 [ 1-3 ] 。目前常用     出现损伤时, 刚度下降, 损伤会使振动发生变化以致
                                          ) , 简      PZT 的振动发生改变, 引起 PZT 的电信号发生改
   的压电陶瓷材料是锆钛酸铅[ Pb ( Zr 1- xTi x O 3
                                                     变。通过采集分析 PZT 电信号则可以判断结构是
      收稿日期: 2022-07-21                               否出现损伤。现有文献表明, 压电阻抗技术在混凝
      基金项目: 冶金工业过程系统科学湖北省重点试验室开放基金
                                                     土缺 陷 检 测    [ 4 ] 、 管 道 裂 缝 检 测  [ 5-7 ] 、 螺 栓 松 动 监
   ( Y201904 ); 湖北省教育厅基金( D20211108 ); 武汉科技大学研究生
                                                     测 [ 8-10 ] 、 板 结 构 损 伤 检 测 [ 11-12 ] 、 节 点 连 接 损 伤 检
   教研项目( YJG202108 )
                                                     测 [ 13-14 ] 等工程领域有较多的应用进展。
      作者简介: 韩 芳( 1980- ), 女, 博士, 副教授, 主要研究方向为
   结构损伤识别和健康监测                                            木材作为一种抗震性强、 保温隔热性好、 可再生
      通信作者: 韩 芳, hanfan g @wust.edu.cn               的环保材料, 被广泛应用于古建筑和现代建筑中。
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          2023年 第45卷 第3期
          无损检测
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