基于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的壓電驅(qū)動(dòng)超聲導(dǎo)波及機(jī)電能量轉(zhuǎn)換分析.pdf

1、基于壓電雙向耦合理論,采用解析法和有限元方法,對(duì)壓電傳感器激勵(lì)超聲波進(jìn)行了數(shù)值模擬。壓電晶片傳感器(PWAS)具有體型小、重量輕、價(jià)格低廉以及可以制造成各種形狀等特性,能夠顯著地改善結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)、損傷檢測(cè)以及無(wú)損評(píng)估。近年來(lái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、土木、機(jī)械、交通以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。本文以壓電晶片傳感器為研究對(duì)象,進(jìn)行理論分析、數(shù)值模擬研究壓電晶片傳感器與結(jié)構(gòu)間的相互作用及能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。
　　 本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　

2、 闡述了壓電的基礎(chǔ)理論,重點(diǎn)介紹了壓電雙向耦合效應(yīng)和壓電本構(gòu)方程?；诰€(xiàn)彈性理論和各向同性介質(zhì)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程,得到彈性運(yùn)動(dòng)控制方程,建立了PWAS激勵(lì)無(wú)限大平板內(nèi)Lamb波的物理模型。通過(guò)積分變換方法,獲得了聲波場(chǎng)各力學(xué)分量的變換域解;并得到了聲波場(chǎng)的特征方程。通過(guò)數(shù)值方法獲得了聲波場(chǎng)的時(shí)域解和色散曲線(xiàn)。
　　 利用ComsolMultiphysics多物理場(chǎng)耦合有限元計(jì)算平臺(tái),對(duì)PWAS激勵(lì)平板內(nèi)Lamb波進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬,

3、得到了板中Lamb波的時(shí)域波形,并且將計(jì)算結(jié)果與積分變換法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)不同接收位置的位移信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,分析了Lamb波不同模態(tài)的波群的傳播速度及色散特性等。
　　 基于一維壓電耦合和彈性波方程,建立壓電晶片激勵(lì)金屬梁結(jié)構(gòu)中超聲波解析模型,得到了結(jié)構(gòu)中的時(shí)域位移波形和PWAS的電功率與結(jié)構(gòu)中的聲波場(chǎng)功率的頻率響應(yīng),進(jìn)而分析了激勵(lì)信號(hào)頻率與驅(qū)動(dòng)器尺寸對(duì)能量轉(zhuǎn)換的影響。結(jié)果表明,PWAS的有功電功率轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)中的聲波場(chǎng)