【摘 要】
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随着压电智能材料的快速发展,人们对压电阻抗技术的研究也越来越多。在最初利用压电阻抗技术进行结构的健康检测时,国内外学者大多都是在静态状况下进行耦合系统的阻抗测量,对动态状况下结构的电阻抗的研究较少。而在实际生活中绝大部分机械结构都是在一个动态坏境中工作的,因此对结构在动态坏境中的阻抗研究就具有十分重要的意义。本文对加载动态正弦频率信号的管件进行研究,通过对管件施加一定频率的正弦信号模拟其在正常工作
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随着压电智能材料的快速发展,人们对压电阻抗技术的研究也越来越多。在最初利用压电阻抗技术进行结构的健康检测时,国内外学者大多都是在静态状况下进行耦合系统的阻抗测量,对动态状况下结构的电阻抗的研究较少。而在实际生活中绝大部分机械结构都是在一个动态坏境中工作的,因此对结构在动态坏境中的阻抗研究就具有十分重要的意义。本文对加载动态正弦频率信号的管件进行研究,通过对管件施加一定频率的正弦信号模拟其在正常工作状态下所受到的激振,研究其导纳和阻抗值的变化,并结合BP神经网络技术搭建了管件基于阻抗数据的动态频率信号神经网络识别系统。本文的主要研究内容如下:(1)介绍了压电阻抗技术的研究现状,分析得到了压电陶瓷具有压电效应的基本原理,对PZT压电陶瓷的压电方程进行了分析,建立了 PZT驱动的SMD系统模型。(2)搭建了声学实验和阻抗模态实验两个实验平台,通过声学实验采集了管件的声音信号,并通过在LABVIEW软件中设计相应的程序将管件的声信号转换为了管件的声压频谱图,得到了管件的声模态频率。通过阻抗模态实验得到了管件的静态阻抗频谱,进而得到了管件的模态频率表和其共振频率段。(3)搭建了管件的ANSYS仿真平台,对管件进行了仿真分析,得到了管件的仿真模态频率并与阻抗模态实验得到的频率进行了误差分析,验证了阻抗模态实验的正确性,并结合对压电片的静态分析和压电分析确定了 PZT与管件的粘贴方式和PZT的型号参数。(4)搭建了管件施加动态频率信号的阻抗实验平台,对管件的共振区、低频非共振区、高频非共振区三个频率段进行实验得到其加载不同频率信号后的阻抗频谱图,并结合导纳均方根偏差法和导纳协方差法两种数学处理方法对实验结果进行处理,总结归纳出了管件加载动态频率信号后阻抗和导纳的变化规律,得到了压电阻抗技术在结构正常工作状态下进行结构健康状态检测的基本原理。(5)建立了基于阻抗数据的神经网络频率识别系统,实现了 BP神经网络系统对管件所受到的频率信号的识别,证明了压电阻抗技术结合神经网络技术能够对机械构件所受到的未知频率信号进行识别。图[40]表[7]参[80]
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