基于压电阻抗的GFRP板螺栓连接损伤监测

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近年来,压电阻抗技术在建筑结构健康监测领域得到了广泛的研究,但是关于将阻抗法应用于复合材料的损伤检测研究比较少,本文在现有压电阻抗技术研究成果的基础上,将压电阻抗技术应用于螺栓连接的GFRP板,验证了其损伤识别的可行性;研究了温度对PZT-GFRP体系导纳信号的影响以及对其进行温度补偿;并且研究了剪力对损伤识别结果的影响以及采用BP神经网络进行了剪力补偿。结合理论与试验开展了以下研究工作:基于PZT单片和双片的一维阻抗模型的导纳表达式分析了两者的温敏性,并对PZT单片和双片的温敏性进行了实验研究。将压电陶瓷片外环激励内环接收时作为双片使用,内环激励内环接收时接上电阻作为单片使用。研究发现PZT双片相对于单片来说对温度更不敏感。针对温度对PZT-GFRP体系的影响进行了试验研究,试验发现温度升高会使得PZT-GFRP体系的导纳曲线整体向左偏移,同时导致RMSD指标增大。为了减小温度对它的影响,本文采取有效频率偏移法对其进行了补偿,该方法可以有效补偿温度变化造成的导纳曲线横向及纵向的偏移,RMSD损伤指标在补偿后相比补偿前也有了明显下降。基于压电技术对GFRP板进行了螺栓松动损伤检测实验研究。实验发现螺栓松动和剪力增加都会引起导纳曲线移动并使RMSD指标增大,若不排除外力影响则会导致对结构损伤的误判。为了消除剪力因素对损伤识别结果的影响,采用BP神经网络的方法对实验测得的导纳信号进行剪力补偿。将健康状态下多组导纳信号作为训练样本建立BP神经网络,补偿后健康状态下不同拉力的RMSD指标趋于稳定。再将不同工况下的力与导纳输入网络,通过对比仿真导纳与健康状态下无外力时实测导纳的RMSD指标,即可有效判断结构的健康状态。
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