Page 41 - 无损检测2023年第三期
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韩 芳, 等:

   基于压电阻抗法的带裂缝木梁损伤检测

   作为一种高分子生物材料, 在外界环境影响下, 木材                         估阻抗变化与损伤程度和损伤位置的关系, 并采用
   会出现白蚁侵袭、 潮湿腐烂等损伤, 致使材料强度降                         神经网络技术对损伤位置进行分类识别, 为工程中
   低, 结构失效, 影响结构整体的使用寿命。因此, 木                        木梁的损伤检测提供参考。
   材的无损检测对于确保整个木结构的安全性和可靠
   性至关重要。刘晓娜等           [ 15 ] 采用2D 应力波技术研究          1 试验概况
   了应力波传感器与裂缝损伤的相对位置、 裂缝损伤                           1.1 试验设计
   自身状态等因素对应力波图像特征的影响; 陈勇平                             试验用试件材料为北美松木, 已测得材料密度
   等 [ 16 ] 研究了应力波在古建筑木材中传播速度的影                      为670k g m , 弹性模量为 15.8GPa , 泊松比为


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   响因素, 得到因素变化与应力波扫描图像之间的关                           0.3 。试件长为200mm , 宽为60mm , 厚为17mm 。
   系; 段新芳等     [ 17 ] 采用应力波测定仪对西藏古建筑上                采用锯缝方式模拟木梁裂缝的生成和开裂过程, 锯

   的腐朽 与 虫 蛀 构 件 进 行 无 损 检 测 和 目 测 观 察;              缝深度( H ) 依次为 5 , 10 , 15 , 20mm , 宽度统一为

   ZHANG 等利用压电主动传感法对不同含水率的木                          2mm 。在距 离 木 梁 左 端 30 mm 处 粘 贴 直 径 为


   块进行了试验研究, 得到应力波能量随木材含水率                           10mm , 厚为2mm 的 PZT-5 型压电陶瓷传感器。

   变化的规律; 蒙卉恩等采用压电主动传感技术对不                           PZT 圆 心 与 裂 缝 中 心 距 离 ( L ) 依 次 为 20 , 60 ,

   同服役年限的木构件进行损伤识别研究。                                100mm , PZT 与裂缝之间的位置关系如图1所示,
       文章基于压电阻抗技术对带裂缝木梁进行试验                          健康和损伤工况共计13个, 各工况具体参数如表1
   和数值仿真计算, 采用均方根偏差损伤指标定量评                           所示。











                                        图1 PZT 与裂缝的位置关系
                                     表1 带裂缝木梁损伤工况参数                                             mm

        工况1           工况2          工况3           工况4           工况5          工况6           工况7





       健康工况        H=5 , L=20    H=5 , L=60   H=5 , L=100  H=10 , L=20   H=10 , L=60  H=10 , L=100

        工况8           工况9          工况10          工况11         工况12          工况13           -

     H=15 , L=20   H=15 , L=60  H=15 , L=100  H=20 , L=20  H=20 , L=60   H=20 , L=100      -
   1.2 试验装置及试验过程

      试验系统由 A g ilent4294A 型阻抗分析仪、 压
   电陶瓷传感器、 木梁试件和数据采集系统组成。在
   木梁损伤检测试验中, 首先通过阻抗分析仪发射
   100kHz~1MHz的扫频波, 为保证精度采用仪器


   最大采样点( 801个) 进行采样。试验测得阻抗实部

   和虚部曲线如图2所示, 可见, 在频率为100kHz~

   1MHz时, 阻抗实部有两个明显峰值, 其中第一个

   阻抗峰值( 频率为150~300kHz ) 幅值最大, 是第二                          图2 木梁损伤试验阻抗实部和虚部曲线
   个阻抗峰值( 频率为450~600kHz ) 幅值的10倍以                    选择仪器最大采样点, 利用数据采集系统实测 PZT


   上, 因此后续试验选择优势频率段为150~300kHz ;                     压电传感器的电压信号并进行数据分析。现场试验
   然后在优势频率段范围对木梁进行扫频识别, 同样                           装置如图3所示, 为保证试验精度, 每组工况测量5

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