壓電正交異性復(fù)合材料用于AE傳感的初步研究.pdf

1、眾所周知，聲發(fā)射(AE)是材料在受到形變或外力作用時(shí)，迅速釋放能量而產(chǎn)生的瞬態(tài)應(yīng)力波，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)診斷的重要依據(jù)。聲發(fā)射的檢測過程可以歸納為：從聲發(fā)射源發(fā)出的應(yīng)力波信號經(jīng)介質(zhì)傳播后達(dá)到聲發(fā)射傳感器，輸出電信號，根據(jù)這些電信號對聲發(fā)射源作出正確的解釋，從而達(dá)到對結(jié)構(gòu)的損傷檢測的目的。聲發(fā)射信號的頻率分量可以從次聲頻擴(kuò)展到50MHz，因此需要傳感器具有較寬的頻帶，高的靈敏度才能有效地抓住結(jié)構(gòu)損傷的特征信號。 目前人們一般用壓電材料研制

2、傳感器，因?yàn)閴弘姴牧细袘?yīng)應(yīng)力波時(shí)具有響應(yīng)速度快、頻帶寬、測量精度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。然而普通壓電材料作為傳感元件它將同時(shí)感受所有方向應(yīng)力波，不具備測定特定方向應(yīng)力波的能力[1]，因此也不能分辨不同方向的AE信號。 壓電正交異性復(fù)合材料OPCM(OrthotropicPiezoelectricCompositeMaterials，簡稱OPCM)傳感器除了具有普通壓電復(fù)合材料柔韌性好、強(qiáng)度高、極限應(yīng)變大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)外，還具有平面橫

3、觀各向異性的特點(diǎn)，可以區(qū)分平面結(jié)構(gòu)中的各個應(yīng)力波分量。本文用OPCM研制AE傳感元件，通過有限元方法對傳感元件的構(gòu)造方式，尺寸和性能等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，包括(1)研究在有限元中壓電元件電極模擬方法，討論了讀取電壓自由度值的可行性和優(yōu)越性；(2)通過數(shù)值方法模擬結(jié)構(gòu)中一種特定的AE源評價(jià)傳感元件的特性，該方法具有簡單，無噪聲干擾的特點(diǎn)；(3)基于MATLAB的信號處理方法對傳感元件模擬輸出信號進(jìn)行分析。 通過設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法對傳感