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风机叶片在复杂交变载荷的长期作用下极易发生结构损伤,严重时将造成安全事故和财产损失。因此,及时、高效地检测出风机叶片存在的结构损伤具有重要意义。采用Lamb波损伤定位技术则可实现对风机叶片裂纹进行实时在线定位检测。对于Lamb波损伤定位技术,需要压电元件激发Lamb波。然而传统压电元件驱动性能小,需多个压电元件阵列使用,且压电元件在平面内呈各向同性,激发的Lamb波信号其能量分散整个区域,多余的信号被传感器接收,不能突出特征信号,增加了对风机叶片裂纹定位的难度。本文设计一种交叉环形电极压电元件,解决Lamb波损伤定位技术中激励元件在平面内无法提供高的自由应变和夹持应力问题。依据压电方程,建立交叉环形电极压电元件径向夹持力与自由位移的输出方程。利用ABAQUS软件对该压电元件进行电场和力学分析,以确定其极化电压和静力学性能。结果表明,交叉环形电极压电元件极化电压为普通形电极压电元件的1/3,实现低电压对压电元件极化;交叉环形电极压电元件的径向夹持力达到传统普通形电极压电元件的2.6倍,径向自由位移达到普通形电极压电元件的2.8倍,实现平面内大位移、大推力输出。设计一种局部环形电极压电元件,实现压电元件平面内定向产生应力波,提高裂纹定位精度。对局部环形电极压电元件进行静力学分析,研究电极结构参数对其静力学性能的影响。结果表明,局部环形电极压电元件有电极区域的径向夹持应力能达到无电极区域的12.2倍,有电极区域的径向自由应变达到无电极区域的2.6倍,在平面内表现出明显的正交异性,产生定向应力波;减少分支电极中心距、增大电极宽度以及减少压电元件厚度有利于提高局部环形电极压电元件有电极区域的静力学性能。利用ABAQUS软件建立风机叶片表面裂纹定位的有限元模型。采用局部环形电极压电元件激发Lamb,运用Lamb波无基准损伤定位技术对风机叶片不同位置的表面裂纹进行定位。仿真分析得到的表面裂纹位置与实际的表面裂纹位置二者相对误差分别为(6.5%,4.6%)、(5.0%,4.2%)。结果表明,无基准Lamb波损伤定位技术能准确对风机叶片表面裂纹进行定位和成像,且成像效果更为直观、清晰。