【摘 要】
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随着建筑工程和信息技术的迅速发展,采用智能监测系统对土木工程结构实施在线健康监测已成为研究热点之一。相比传统智能传感材料,水泥基压电复合材料具有较高的机电耦合系数、低成本以及与混凝土声阻抗相匹配等特点,可用作传感材料。本文采用切割-浇注法制备出2-2型水泥基压电复合材料,利用MTS材料万能试验机和分离式Hopkinson压杆装置,对水泥基压电复合材料开展了准静态压缩实验和冲击压缩实验,研究水泥基压
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随着建筑工程和信息技术的迅速发展,采用智能监测系统对土木工程结构实施在线健康监测已成为研究热点之一。相比传统智能传感材料,水泥基压电复合材料具有较高的机电耦合系数、低成本以及与混凝土声阻抗相匹配等特点,可用作传感材料。本文采用切割-浇注法制备出2-2型水泥基压电复合材料,利用MTS材料万能试验机和分离式Hopkinson压杆装置,对水泥基压电复合材料开展了准静态压缩实验和冲击压缩实验,研究水泥基压电复合材料的力-电响应,包括频响特性、线性特性,以及埋入砂浆混凝土后的传感特性。1、利用MTS实验装置开展准静态压缩实验,研究表明:2-2型水泥基压电复合材料的平均抗压强度为85.68MPa,材料的平均破坏应变为0.58%,应力-应变曲线在破坏之前具有较好的线性关系;灵敏度标定实验表明:材料存在临界值G点31.4MPa,材料准静态灵敏度为120p C/N;循环交变加载和方波加载实验表明:材料具有良好的力-电响应,即良好的频响性能、线性性能和响应稳定性。2、利用SHPB实验装置开展冲击压缩实验,研究表明:压电陶瓷具有明显的应变率效应,且压电陶瓷的谐振频率和d33值残余百分比存在临界值HP点190s-1。当应变率超过该点时,d33值残余百分比下降速率增大,谐振频率迅速下降,然后恢复到原来的值附近;当电畴翻转程度较大时,压电陶瓷的阻抗频率曲线出现多峰跳跃现象,fs和fp值不明显。机电耦合系数K33、介电损耗D和品质因子Qm与谐振频率的变化具有相似性,试样在测试频率为1k Hz时的电容大小基本不变,介电常数基本保持平稳。3、开展2-2型水泥基压电复合材料冲击压缩实验,研究表明:材料具有明显的应变率效应;材料存在临界值HC点258s-1,当应变率小于该临界值HC时,材料力-电响应呈现线性关系;当应变率超过该临界值HC时,材料力-电响应呈现非线性,试样输出电位移增长变缓。4、开展简易传感器准静态压缩和冲击压缩实验,研究表明:压电复合材料作为一种传感材料,可以响应混凝土结构内部的应力变化,简易传感器理论上输出的电位移信号值大于实际值约5%至10%。在简易传感器承受载荷之前,可能是压电复合材料和混凝土材料接触不充分,使得实际上输出的电位移信号存在偏差。或考虑埋入深度对输出电信号影响,应进行更多测试后,根据埋入深度对量值进行修正,从而更加准确反映混凝土结构表层的承载情况。
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