近年来随着智能材料及智能传感器的迅速发展,结构健康监测(SHM)技术得到了进一步的提升。压电陶瓷材料因具有正逆压电效应、集驱动与传感于一身,使其在结构健康监测领域得到广泛应用。本文基于ABAQUS有限元软件采用数值模拟和试验研究的方法,对影响压电智能骨料性能的相关因素进行研究。本文首先建立压电陶瓷片-混凝土的多物理场耦合三维有限元模型,采用C3D8R三维应力单元模拟混凝土,C3D8E压电单元模拟压电陶瓷片,结合三维粘弹性时域边界条件降低有限元模型边界对应力波的反射,得到压电智能骨料发射的应力波是由纵波和剪切波构成;通过对嵌入式压电陶瓷片作为驱动器和传感器其输出响应表达式进行简单的理论推导,研究了压电陶瓷片尺寸对正逆压电效应强弱的影响,并采用数值模拟对理论结果进行验证;基于建立的三维耦合有限元模型研究了压电陶瓷片尺寸对应力波幅值的影响。根据以上理论分析和数值模拟研究得到嵌入式压电陶瓷片的驱动与传感机理:嵌入式压电陶瓷片的驱动过程主要与必1振动模式有关,传感过程主要与d33振动模式有关。试验研究压电智能骨料在制作过程中外包层材料(大理石、水泥砂浆、环氧树脂)对压电陶瓷片电阻值、电容值,以及对智能骨料监测系统的线性灵敏度和输出信号幅值的影响。发现大理石和环氧树脂外包层对压电陶瓷片的电阻值没有影响,而水泥砂浆外包层对压电陶瓷片的电阻值影响较为明显;三种外包层材料都会导致压电陶瓷片的电容值发生较明显的变化,其中水泥砂浆外包层使得电容值变化量最大;由大理石外包层压电智能骨料构成的智能监测系统其输出电压信号幅值最大,监测系统的灵敏度最高,说明大理石外包层使得压电陶瓷材料的机-电转换效率得到充分利用。试验研究智能骨料倾斜角度对测量混凝土弹性模量准确性的影响,试验结果表明在不同倾斜角度工况下测得的弹性模量与无倾斜角度情况下测得的弹性模量相对误差最大为4.21%,说明智能骨料的倾斜角度对测定混凝土弹性模量准确性的影响不大,因此智能骨料在固定时不必考虑角度因素;然后借助数值模拟研究倾斜角度对压电陶瓷片波场方向、波场强弱分布的影响,结果表明倾斜角度对纵波的波场分布、不同方向上波场强弱没有明显的影响。