基于波动理论的纤维-混凝土组合结构损伤监测研究

本项目针对土木工程结构局部损伤的特点，针对纤维混凝土组合结构，在纤维层与混凝土界面之间同时布设PZT驱动器与传感器，作为主、被动损伤识别智能元件，针对纤维混凝土组合结构的主要损伤模式，研究基于波动理论的纤维混凝土组合结构损伤PZT被动声发射及主被动集成监测原理与识别方法。考虑混凝土裂缝的萌生与扩展、纤维复合材料的断裂以及纤维复合材料与混凝土的界面脱层等类型的损伤单独或同时发生时，研究驱动器/传感器阵列优化布设、被动声发射信号的小波与分形特征提取、多位置多类型混合声发射信号的盲源分离与特征分析、针对不同损伤类型的最优激励信号、主被动监测信息融合识别等问题。在上述研究的基础上，最终建立针对纤维混凝土组合结构基于监测信息的损伤演化模型。

本项目针对土木工程结构局部损伤的特点，针对纤维混凝土组合结构，采用压电晶片（PZT） 驱动器与传感器，作为主、被动损伤识别智能元件，针对纤维混凝土组合结构的主要损伤模式，研究基于波动理论的纤维混凝土组合结构损伤PZT被动声发射及主被动集成监测原理与识别方法。本项目主要进行了以下工作：一、结构中应力波传播的理论分析，主要包括Rayleigh波和Lamb波的应变解析解、压电换能器对Rayleigh波和Lamb波的电压反应以及钢筋中导波的频散特征分析；二、结构中应力波传播的数值模拟，主要包括主动波动及损伤模拟、被动声发射模拟以及多位置多类型混合声发射信号的盲源分离与特征分析；三、基于PZT声发射方法的纤维混凝土组合结构损伤监测的试验研究，主要包括素混凝土棱柱体受压过程声发射行为及包裹BFRP混凝土棱柱体受压过程声发射行为研究；四、钢筋锈蚀的主动波动监测方法研究；五、纤维复合材料疲劳积累损伤识别的PZT声发射技术。其中第一部分内容为理论分析，第二部分内容为数值分析与有限元模拟；第三至第五部分内容为相关试验研究。通过上述研究，深入了解了导波在板结构和圆柱结构中的传播特性与频散特征，以此为基础分别实现了基于主动导波和被动声发射方法的纤维复合材料疲劳积累损伤识别、纤维混凝土组合结构损伤监测以及多位置多类型混合声发射信号的盲源分离。