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压电驱动器在结构健康监测中的动态性能研究

作　者: 吕诗良
导　师: 郭少华；蒋庆
学　校: 中南大学
专　业: 固体力学
关键词: 压电驱动器振动模式弹性结构无损探伤损耗量
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
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内容摘要

近年来,压电材料广泛应用于现代工业、交通、医疗和航空航天等领域。无损探伤技术成为该领域中的研究热点,吸引了众多研究者的注意。在新的课题(基于智能压电驱动／传感一体化技术)研究中,通过粘附在结构表面的压电晶片在脉冲电压的作用下产生的高频弹性波,能够在局域范围内识别出结构的早期损伤。本文基于力电耦合分析,研究了集压电驱动／传感一体化技术在结构无损探伤中的深层机理。本文所取得的成果对结构探伤技术的理论研究有重要的参考价值,同时对提升压电器件在实际应用中的整体性能具有重要的指导意义。本文利用三种更为合理的不同结构模式压电驱动器所产生的高频弹性波来监测弹性结构的损伤问题；(1)对于压电驱动器的厚度伸缩模式和厚度剪切模式,给出了这些振动模式的精确解析解,基于弹性力学的基本理论,运用应变积分求位移特解的方法得到弹性结构中弹性波的精确解析解,根据位移与应力在压电驱动器与弹性结构接触界面处的边界条件和连续条件,所产生的弹性波传播问题可以被精确求解。分析高频弹性波在结构中的传播特性,及高频弹性波损耗量与系统结构几何尺寸、材料组合、加载频率的影响关系。所得的结果为结构局域范围内的损伤识别提供判据。(2)对于二维面内波问题,给出压电片结构在P-SV振动模式下的解析解。建立了用压电片(驱动器)监测弹性板损伤的理论模型,用三角级数法进行求解,计算出阻抗、谐振频率和振型等电学和声学指标,观察并研究了弹性板结构的能陷现象。这些结果对结构中的损伤监测,尤其是初期微小损伤具有非常重要的理论意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究背景及意义  8-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 本论文研究内容  13-14
  1.4 课题来源  14-15
第二章压电阻抗技术用于结构健康监测中的基础理论  15-23
  2.1 压电陶瓷  15-17
    2.1.1 压电陶瓷的发展史  15-16
    2.1.2 压电效应  16-17
  2.2 机电阻抗技术  17-19
    2.2.1 机电阻抗技术的发展史  17
    2.2.2 机电阻抗技术的优势  17-18
    2.2.3 机电阻抗技术用于结构探伤机理  18-19
    2.2.4 机电阻抗技术的使用范围  19
  2.3 压电系统中的弹性波传播  19-20
  2.4 边界条件和连续条件  20-23
第三章厚伸压电驱动器在结构健康监测中动态性能研究  23-37
  3.1 引言  23-24
  3.2 系统结构图  24
  3.3 论分析  24-27
    3.3.1 压电驱动器  24-26
    3.3.2 弹性体  26-27
    3.3.3 边界条件和连续条件  27
  3.4 数值算例与其结果分析  27-35
  3.5 小结  35-37
第四章厚剪压电驱动器在结构健康监测中的动态性能研究  37-52
  4.1 引言  37
  4.2 系统结构图  37-38
  4.3 论分析  38-41
    4.3.1 压电驱动器  38-40
    4.3.2 弹性体  40-41
    4.3.3 边界条件和连续条件  41
  4.4 数值算例与其结果分析  41-50
  4.5 小结  50-52
第五章 P-SV振动压电驱动器在弹性板健康监测中的动态性能研究  52-72
  5.1 引言  52
  5.2 结构示意图  52-53
  5.3 控制方程  53-55
    5.3.1 弹性板的方程  53
    5.3.2 压电驱动器的方程  53-54
    5.3.3 边界条件和连续条件  54-55
  5.4 三角级数展开解  55-62
  5.5 数值算例及其结果分析  62-71
  5.6 小结  71-72
第六章结论与展望  72-74
  6.1 结论  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-83
攻读学位期间主要的研究成果  83-84
致谢  84

压电驱动器在结构健康监测中的动态性能研究

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