Page 50 - 无损检测2025年第四期

张 茹，等：

基于压电阻抗技术的工字形钢梁局部损伤识别方法

征频段选取的损伤定位和损伤定量解耦分析方法，
主要结论如下。
（1）所提出的有效特征频段法能分离损伤位置
和损伤程度对压电阻抗信号的耦合作用。在有效特
征频段内，压电阻抗信号随损伤位置和损伤程度的
改变而线性变化，变化趋势与有限元仿真结果一致。
（2）所提出的损伤指数能够实现工字形钢梁翼
缘板任意位置处的裂缝损伤特征识别，损伤定位和
损伤程度预测误差分别小于3%和5%。
图 13 距离损伤 200 mm 时 R 2 与 l 的关系曲线
该研究为工字形钢梁的损伤检测提供了一种新
具有相同宽度的裂缝损伤（见图14）。裂缝长度从 的方法，具有较高的精度和可靠性，适用于实际工程
3 mm逐渐增加至 15 mm，间隔值为 2 mm，共包含 结构的健康监测。
7 个损伤工况。在钢梁上布置 4 个PZT片，PZT片
参考文献：
之间的距离为100 mm。采用阻抗分析仪采集PZT
1~4在无损和7个损伤工况下的导纳信号。 [1] YANG Z，YANG H，TIAN T，et al. A review

on guided-ultrasonic-wave-based structural health
monitoring：from fundamental theory to machine learning
techniques[J]. Ultrasonics，2023，133：107014.
[2] 张涛，刘修刚.电磁法检测油气管道缺陷的影响参数分
图 14 验证试验中 PZT 片和损伤的位置示意
析[J]. 无损检测，2023，45（3）：78-83.
利用PZT 1和PZT 2进行损伤定位，结果如表2 [3] 朱宏平，王丹生，张俊兵. 基于压电阻抗技术的结构损
所示，可见不同损伤程度下，损伤定位误差均在3% 伤识别基本理论及其应用[J]. 工程力学，2008，25（S2）：
以内。联合PZT 2、PZT 4对损伤进行量化评估，将 34-43.
表2中的定位结果代入式 （4）得到修正的R 2 值，通 [4] PARIDA L，MOHARANA S. A comprehensive
过图13中标定试验得到的拟合曲线， 获得损伤程度。 review on piezo impedance based multi sensing
technique[J]. Results in Engineering，2023，18：101093.
损伤定量结果如表3所示，可见不同损伤程度下，损
[5] 张玉祥，张鑫，陈家照，等. 基于压电阻抗法的结构损
伤定量误差均不超过5%。
伤检测技术进展[J]. 无损检测，2016，38（1）：69-74．
表2 PZT 1和PZT 2的损伤定位结果 [6] 胡陶. 基于EMI技术的梁板构件损伤试验研究[D]. 杭
参数 PZT 1 PZT 2 州：浙江大学，2020.
[7] ZHU H，LUO H，AI D，et al. Mechanical impedance-
计算值/mm 233.8 133.2
实际值/mm 235 135 based technique for steel structural corrosion damage
误差/% 0.51 2.51 detection[J]. Measurement，2016，88：353-359.
[8] THORIYA A，VORA T，MAKWANA V. Corrosion
表3 联合PZT 2和PZT 4的损伤定量结果
assessment in rebars of high-strength concrete using
项目 计算值/mm 实际值/mm 误差/%
electromechanical impedance technique[J]. Materials
工况1 2.88 3 3.73
Today：Proceedings，2022，57：2234-2241.
工况2 5.16 5 3.12
[9] 黎赫东，艾德米，朱宏平. 基于压缩感知理论重构压电
工况3 7.33 7 4.73
阻抗信号的钢结构损伤识别[J]. 建筑结构学报，2022，
工况4 8.75 9 2.76
43（7）：230-238.
工况5 10.85 11 1.40
[10] ERAZO K，SEN D，NAGARAJAIAH S，et al.
工况6 12.66 13 2.59
Vibration-based structural health monitoring under
工况7 14.69 15 2.09
changing environmental conditions using Kalman
4 结论 filtering[J]. Mechanical Systems and Signal Processing，
2019，117：1-15.
文章以工字形钢梁为对象开展了基于压电阻抗 [11] HOU R，WANG X，XIA Q，et al. Sparse Bayesian
技术的结构局部损伤识别。提出了一种基于有效特 learning for structural damage detection under varying
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2025 年 第 47 卷 第 4 期
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