基于壓電埋入式模塊的混凝土聲檢測研究.pdf

1、隨著國民經濟的飛速發(fā)展，我國的基礎設施建設日益完善，許多大型的建筑設施如高層建筑、橋梁、核電工程、大壩等的建設取得了巨大的成就。這些大型的建筑設施在給人們的生活帶來極大的便利的同時，其質量、安全問題，因為關系著人們的生產生活能否順利進行，一直都是大家關注的重點。因此，了解并掌握這些建筑結構的安全狀況，從而避免一些不必要的災難事故的發(fā)生，顯得日益重要。
　　 實驗室在前期研究工作中針對土木工程結構系統(tǒng)提出由壓電智能材料與混凝土基體

2、材料相結合，形成壓電機敏結構系統(tǒng)，實現對土木工程系統(tǒng)中混凝土結構的健康檢測。在此思想指導下，設計了一種壓電埋入式混凝土機敏模塊，并對這種壓電埋入式混凝土敏感模塊的很多物理特性進行了大量有針對性的研究。研究結果表明，埋入混凝土中的壓電陶瓷具有對應力和溫度敏感的特性，根據這一特性，考慮采用壓電埋入式混凝土敏感模塊實現對混凝土結構的應力和溫度進行監(jiān)測。同時，根據壓電材料的電聲換能特性可知，壓電元件能夠實現電能和聲能之間的能量互換。依據這一原理

3、，本課題對采用壓電埋入式敏感模塊實現混凝土結構缺陷的聲檢測進行了初步研究。
　　 論文首先分析總結了目前混凝土檢測常用的各種方法，對前期研究成果進行了歸納總結，在前期工作基礎上，提出了采用壓電埋入式敏感模塊實現混凝土結構聲檢測的方法，針對混凝土聲檢測的特點，介紹了聲波的基本概念，對聲波在混凝土結構中的傳播特點進行了分析并對已有的超聲法檢測混凝土缺陷的基本原理進行了重點闡述。現已發(fā)展成熟的超聲檢測理論為采用壓電埋入式敏感模塊對混凝

4、土結構進行聲檢測研究提供了必要的理論和技術支撐，也為后續(xù)實驗系統(tǒng)的搭建及數據的分析和解釋提供了必要的依據。
　　 針對這種埋入方式的特殊性和混凝土結構材料的復雜性，依據實驗室前期的研究成果，建立壓電陶瓷元件及壓電埋入式敏感模塊的有限元模型，對埋入混凝土結構所采用的壓電元件進行了壓電耦合振動形態(tài)的模擬分析和瞬態(tài)動力響應分析，下激發(fā)的聲場在混凝土結構中的分布情況進行了有限元分析。分析結果顯示，埋置入混凝土結構內部的壓電陶瓷元件能夠實

5、現良好的聲發(fā)射效果，所激發(fā)的聲場在敏感模塊內部呈規(guī)律性的分布，說明了采用壓電埋入式敏感模塊對混凝土結構進行缺陷檢測的可行性。
　　 在基于壓電埋入式混凝土模塊的聲檢測實驗中，設計一種對埋置入混凝土模塊內部壓電元件進行聲激勵和接收的儀器系統(tǒng)。在進行的初步實驗研究中，接收到壓電元件所產生的聲信號，測算了混凝土模塊中聲傳播的速度。通過對接收信號的處理和對比分析，得到了壓電埋入式敏感模塊中聲傳播的特性，為采用壓電埋入式混凝土敏感模塊實現