压电混凝土梁主动健康监测试验

目的研究混凝土梁损伤前后信号能量统计分布特征及相对损伤指标,提出一种利用压电智能传感器的混凝土结构损伤统计识别算法,实现试件损伤及破坏过程的动态监测及损伤程度评价.方法采用自感式压电智能骨料主动健康监测技术,通过埋置在混凝土梁内的一对传感器/驱动器接收发射扫频检测信号,将其作为检测样本并结合小波分析技术及其统计特征,提取最优损伤信号,结合压电波动原理,建立小波分解的混凝土结构损伤统计模式识别算法.结果混凝土梁损伤后,以扫频波作为主动健康监测信号的幅值产生了较大的衰减,试件在完全破坏后的统计损伤指数均值分别为35.9%和66.2%,利用小波分解的损伤统计模式识别算法能有效识别结构所处的健康状态.结论基于压电波动理论的主动监测技术能有效识别混凝土梁不同区域的损伤状态,为压电混凝土结构动态、长期监测裂缝开展状态与损伤统计识别技术及其系统的研发提供新的思路.

利用压电波动法对混凝土偏心受压柱裂缝实时监测的试验研究

将压电"智能骨料"传感器埋置在钢筋混凝土大、小偏心受压短柱内,利用数字示波器实时接收试验过程中构件因裂缝出现和发展产生的声发射信号的全波形特征,并结合信号处理和损伤识别技术,对两试件破坏过程中的裂缝开展情况进行实时动态监测和评价。试验结果表明:混凝土裂缝出现和发展伴随明显的声发射现象,并利用"智能骨料"能够有效接收声发射波;两试件的声发射波的能量积累过程有明显的差异,初步表明裂缝出现和发展的基本特点;为动态和实时监测裂缝开展状态及结构损伤诊断提供新的途径。

压电智能传感器力学模型的建立及数值模拟

以单片压电陶瓷(如锆钛酸铅,简称PZT)晶体、粘贴式和埋入式压电传感器为研究对象,从压电本构方程和结构动力学的振动原理出发,采用集总质量法推导出PZT传感器正压电效应的电荷表达式及等效刚度表达式,建立粘贴式和埋入式PZT传感器的简化力学模型,得到考虑多参数影响的电荷表达式.考虑黏结胶层阻尼吸收能量的作用,建立了胶层阻尼效应影响的传感模型,并求得压电传感器的电压表达式.数值模拟结果表明:在PZT传感模型中,利用压电方程和振动方程联合求解可以快速得到PZT的传感信号,而且PZT片的电压输出特性与作用力的大小及黏结胶层有关.通过测量和分析PZT传感器输出电信号峰值与频率的变化,并与数值分析结果进行对比,证明了运用所建立的传感模型能够有效地模拟检测PZT的正压电规律.

有限元方法的重要补充——无网格方法

简要地回顾了两大数值计算方法---有限元方法和无网格方法的基本思想。从几个典型的发展趋势上详细地阐述了这两大数值方法的相似性和差异性;并通过比较两种方法及算例分析,得出了无网格方法作为有限元等传统数值分析方法的重要补充和发展,已在工程应用等问题当中显示了强大的优越性和广阔的发展前景。

压电智能骨料传感器设计与性能研究

载荷、温度等不利的外部环境因素将影响压电智能传感器信号的接收和发射。该文设计了一种自行封装的压电智能骨料传感器（约8～15cm^3）,通过被动监测技术,对SAB、SAS两组压电智能骨料传感器进行截面抗压承载力的力学性能实验,记录被动监测信号突变点（即声发射信号）并进行分析。结果表明,0.24～0.41 MPa应力区间为压电智能骨料传感器正常工作危险区域,而0.41～0.61 MPa应力区间为正常工作的极限区域。压电智能骨料传感器实际抗压承载力的80%相当于达到了外包层C30混凝土标准抗压强度的90%,充分说明了SAS类压电智能骨料传感器具有非常好的抗压工作性能,揭示了压电智能骨料传感器在抗压等实际工程条件下的良好服役性能。

不同级配花岗岩石粉对混凝土性能的影响

以两种不同级配的花岗岩石粉作为掺合料(0~0.075 mm和0.075~0.150 mm),分别采用10%,20%,30%的掺量等质量替代水泥,研究花岗岩石粉的级配和掺量对C40混凝土工作性能和抗压强度的影响,基于试验数据确定采用花岗岩石粉替代水泥的最优配合比.结果表明:花岗岩石粉在混凝土中起到填充作用,石粉越细,填充效果越明显.随着混凝土中花岗岩石粉掺入量的增大,混凝土的流动性逐渐降低,抗压强度相对于基准组缓慢上升;当混凝土中掺入的花岗岩石粉级配为0.075~0.150 mm,替代水泥率为20%时,配制出的C40混凝土具有良好的工作性能和强度.

压电智能驱动器力学模型的建立及数值模拟

基于PZT逆压电效应和结构动力学波动原理,建立粘贴式PZT驱动器与主体结构耦合简化力学模型及数学模型;考虑粘结层阻尼效应,建立PZT驱动方程并求解输出力表达式,确定驱动器力学与电学特性的对应关系;通过胶层材料特性、传递的切应力及其厚度变化对PZT驱动性能的影响进行算例分析,拟合出胶层传递剪切力与胶层厚度关系曲线,证明了运用所建立的驱动模型能有效地模拟检测PZT的逆压电规律,可为利用压电智能驱动器控制工程结构检测提供理论依据.

移动最小二乘配点的Petrov-Galerkin局部无网格方法

基于加权残值法和移动最小二乘（MLS）法并结合局部Petrov-Galerkin无网格方法（MLPG）的灵活性,将移动最小二乘配点法应用到无网格方法当中,建立了MLS配点无网格法的基本方程.在局部子域上利用Petrov-Galerkin原理给出了微分方程局部弱形式,通过惩罚因子引入本质边界条件;将局部弱对称形式进行离散化后,推导出移动最小二乘配点的Petrov-Galerkin局部无网格系统的刚度矩阵、载荷矩阵.通过数值算例证明该方法具有很高精确性、有效性和实用性.

局部Petrov-Galerkin无网格方法

简要地阐述了无网格方法,概括了几种典型的无网格插值方案。论述了建立在各种无网格方法一般基础之上的局部彼得洛夫-迦辽金无网格方法,此方法是一种真正的无网格方法,这种方法采用移动最小二乘近似函数作为试函数。此方法的最大特点是在所考虑点处的规则局部区域上以及局部边界上积分,同时给出了建立在无网格局部Petrov-G alerk in方法基础之上的几种M LPG方法,以及M LPG方法的进展和应用。

埋入式压电陶瓷传感器力学模型及试验验证

目的验证采用集总质量法建立PZT晶体简化传感模型并进行数值模拟的正确性.方法以压电陶瓷晶体为研究对象,以压电本构方程为出发点,推导出PZT传感器正压电效应的电荷表达式,进行简谐荷载激励下传感效应数值分析及试验验证.结果根据压电方程和振动方程建立的智能骨料的传感力学模型与试验误差为12.18%,在工程应用中是可行的.PZT片在混凝土包围下作用力越大,传感信号也越大.PZT主要沿轴向振动,在径向受力较小基本忽略,骨料的径向尺寸对PZT信号影响不大证明了运用所建立的传感模型能够有效地模拟检测PZT的正压电规律,同时PZT片的电压输出特性与作用力的大小、PZT尺寸以及边界条件有关.结论在PZT传感模型中,由压电方程和振动方程的联合求解,可以快速得到PZT的传感信号,通过试验对比证明了力学模型的正确性.

基于压电波动法的混凝土裂缝损伤主动被动监测对比试验

目的对基于压电波动法的混凝土裂缝损伤主动与被动监测方法进行对比研究,探索两种方法的特点以及适用范围.方法将压电陶瓷传感器埋置在两个完全相同的混凝土柱内,两试件分别承受小偏压和大偏压荷载.同时应用主动和被动损伤监测技术对两试件的破坏过程进行监测.结果在被动监测试验中,小偏压试件所释放出的声发射信号能量为大偏压试件的14倍.从能量释放在时长上的分布比重看,小偏压试件在达到极限荷载前就已经释放了80%以上,而大偏压试件只释放不到40%;在主动监测试验中,大、小偏压试件的最终损伤指数分别为78.8%和68.6%.结论被动监测技术能有效反映出试件所受荷载及破坏过程的特点,主动健康监测技术能有效地识别结构处于不同的健康状态,两种方法的特点形成互补.

压电陶瓷混凝土结构应力波衰减特性试验

目的研究不同频率下应力波在混凝土中传播的衰减特性.方法以压电陶瓷片为声源,选取一对压电陶瓷传感器并埋置在素混凝土梁内部,其中一个传感器用于信号发射,另一个用于信号接收.在输入信号幅值一定的情况下,通过改变信号主频来考察输出信号幅值的变化情况.结果压电陶瓷混凝土结构应力波的衰减主要与激振频率和幅值以及介质的性质有关,衰减系数同频率之间的关系近似符合三次多项式函数;频率-衰减系数曲线存在两个临界频率f1和f2.结论利用试验数据拟合出应力波在混凝土介质中传播时频率与衰减系数的关系曲线,并给出一定频率和幅值的应力波在混凝土介质中有效传播距离的计算方法,为合理选择压电陶瓷传感器间距的提供了依据.

利用Lamb波的薄板结构多点损伤识别试验

目的提出一种改进的小波-椭圆损伤定位算法,利用该算法进行薄板结构的多点损伤识别.方法利用Lamb波在薄板结构中的传播特性,将粘贴在铝板表面的压电陶瓷片作为驱动器和传感器,在铝板结构中激发出Lamb波并实时接收响应信号.通过人工模拟铝板中的孔洞类缺陷,对采集到的损伤前后波形进行对比.结果得到了Lamb波的传播速度、响应信号的小波变换结果以及损伤前后信号的到达时间延迟.还得出了损伤位置的试验值,与实际损伤位置吻合较好.结论 Lamb波主动监测技术可以有效地识别薄板结构的损伤,适合于薄板金属结构的损伤识别和健康监测.

一种粘贴式压电陶瓷驱动器力学模型

目的研究压电陶瓷制成的压电驱动器原理,利用其逆压电效应建立一种粘贴式压电陶瓷驱动器力学模型,解决驱动器控制建筑结构检测的问题.方法以单片PZT晶体为研究对象,取微元体建立一种单片PZT沿长度方向振动的驱动模型,通过波动理论及弹性动力学并结合第二类压电方程推导相应的PZT驱动控制方程.在外加简谐交变电场作用下,得出PZT的输出位移,及粘结层传递剪切力的解析解,然后进行参数分析.结果在交变电压作用下PZT的输出与电压成线性关系,粘结层的厚度及剪切弹性模量对PZT的驱动效果均有影响,即粘结层的厚度越薄传递的力越大,粘结层的剪切模量越大传递的力也越大.结论建立的驱动模型使PZT力学特性表现更为直观,使用更加简捷,为其在工程中的应用奠定理论基础.

Lamb波频散曲线的数值计算及试验验证

Lamb波的频散曲线是进行超声Lamb波无损检测的重要依据。本文对Rayleigh-Lamb方程进行了分析,给出了无限大板中Lamb波频散曲线的数值计算方法,通过Matlab软件对求解过程进行编程,绘制出Lamb波在铝板中传播的相速度和群速度曲线,并通过试验进行了验证,对推广应用Lamb波进行无损检测具有实际意义。

交通事故再现碰撞模型抗扰力的分析方法

基于摄动理论,应用3种常用的数学方法对汽车碰撞事故再现模型的抗扰力进行了分析.结果表明：对于特定模型在复杂的扰动条件下,采用不同的数学方法处理效果截然不同.通过理论分析,给出了解决此类问题的方法,给出了数学表达式.

交通事故分析模型方程组病态性的处理

为了解决汽车碰撞事故再现模型病态性的问题，采用汽车碰撞模拟法分析了参数变化对模型病态性的影响．以矩阵扰动理论为基础分析了模型病态性的本质，给出了参数扰动条件下模型解的相对误差数学表达式，提出了如何处理原始方程组解决模型病态性的方法，通过计算实例证明了该方法的有效性。

小波矩量法在电磁场数值计算中的应用

从小波变换和多分辨分析入手,讨论了正交小波变换的快速算法。介绍了小波矩量法的基本原理,并将快速算法应用于小波矩量法中,减小了数值方法对存储量的要求,在达到允许精度的前提下,使计算量大大降低。给出计算实例,验证该方法。

无网格方法中的重构核近似方案

阐述固定重构核近似、移动重构核近似及复合固定重构核近似的基本原理,分析三种重构核近似函数的性质。利用固定重构核近似建立无网格形函数,并结合配点法求解平面弹性力学问题。证明固定重构核近似较其它重构核近似具有独特的优势。

土木工程应用型人才培养的双师型队伍建设

应用型人才是教学型大学人才培养的共同目标,"一线适用、落地生根"是北华大学土木工程专业的人才培养特色,该文介绍了北华大学关于土木工程专业应用型人才培养的双师型队伍建设的探索与实践。