基于压电陶瓷的竹梁构件界面剥离检测试验研究

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传统建筑材料中的钢材和水泥的生产带来环境问题。近年来运用天然竹材形成的现代柱结构开始在工程实际中使用。胶合竹结构是讲竹纤维板胶合而成,其竖向界面的缺陷对构件的刚度和强度有明显影响,而且不可见,研究开发针对胶合主结构构件的界面状况检测方法具有重要意义。本文针对Glubam胶合竹梁构件的界面剥离缺陷的检测问题,充分发挥压电智能材料的优势,提出了基于压电应力波和阻抗测量两种健康监测试验研究方法,实现结构的有效监测。其具体工作包括以下几个方面:(1)详细介绍了压电材料以及基于压电材料的结构健康监测技术。分别对波动法原理和阻抗法原理进行解说。并对Glubam材料的基本力学性能研究分别从压、弯、拉、剪四个方面作了进一步说明,以满足后续结构健康监测试验的需求。(2)设计了一根胶合竹梁的界面剥离损伤构件缩尺模型,在模型两侧各粘贴9片外贴式压电功能元作为驱动器或传感器。根据Glubam材料的基本力学性能,合理设计试验加载方案。定义损伤指标。(3)分析简谐激励驱动、扫频激励驱动下监测信号的幅值、应力波传播时间、小波包分析等特征参量,提出了基于幅值信号的绝对差值DI的损伤指标,通过数据分析,实现对竹梁构件的界面剥离的有效检测。(4)提出了基于压电阻抗法的竹梁构件界面剥离缺陷检测方法。利用阻抗法测量数据,绘制频率-阻抗模拟曲线图,对试验竹梁构件的测试数据进行数理统计分析。结果表明,采用压电阻抗测量可有效识别胶合竹梁构件界面剥离缺陷。由于组合梁的竖向界面对结构的刚度和强度没有明显影响,通过与应变测量结果的比较,表明应用波动法和压电阻抗法进行胶合竹梁构件界面剥离缺陷检测的优势。
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