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1 绪论1

1.1 结构健康监测与损伤识别技术研究和应用1

1.1.1 结构健康监测与损伤识别技术的研究背景1

1.1.2 结构健康监测与损伤识别技术的研究意义8

1.2 结构健康监测与损伤识别技术的研究现状9

1.2.1 结构健康监测技术的研究现状9

1.2.2 结构损伤识别技术的研究现状16

1.3 应用于结构健康监测与损伤识别技术中的智能材料与智能结构21

1.3.1 智能材料21

1.3.2 智能结构22

1.3.3 压电智能材料与压电智能结构24

1.4 压电智能材料在土木工程结构健康监测与损伤识别技术中的应用35

1.4.1 基于压电智能材料的主动结构健康监测技术36

1.4.2 基于压电智能材料的被动结构健康监测技术41

1.5 目前需进一步研究的主要问题42

2 压电智能材料基本特性及其本构关系45

2.1 引言45

2.2 压电效应的物理机制46

2.2.1 压电陶瓷的微观机理46

2.2.2 压电效应47

2.3 压电智能材料的相关性能参数51

2.3.1 压电常数51

2.3.2 介电常数51

2.3.3 弹性常数52

2.3.4 机电耦合系数52

2.3.5 频率常数53

2.3.6 机械品质因数53

2.3.7 介质损耗53

2.4 压电智能材料的电学特性和力学特性54

2.4.1 压电智能材料的电学特性54

2.4.2 压电智能材料的力学特性54

2.5 压电方程56

2.5.1 四种边界条件56

2.5.2 四种压电方程57

2.5.3 线弹性压电本构关系59

2.6 压电智能骨料61

2.6.1 PZT片的嵌入方式61

2.6.2 PZT片的选取62

2.6.3 压电智能骨料的制作63

2.6.4 压电智能骨料的应用71

2.7 本章小结73

3 粘贴式和埋入式压电智能传感器力学模型建立与试验研究75

3.1 引言75

3.2 基于压电智能传感器的建模理论及求解方法76

3.3 PZT智能传感器等效电路模型77

3.3.1 PZT智能传感器的结构形式77

3.3.2 PZT智能传感器的等效原理78

3.3.3 PZT智能传感器的等效电路79

3.3.4 PZT智能传感器与测量仪器连接的实际等效电路80

3.4 压电智能传感器监测误差的影响因素85

3.4.1 测量环境周围温度的影响85

3.4.2 测量环境周围湿度的影响86

3.4.3 测量环境周围场的影响86

3.4.4 连接电缆噪音的影响86

3.4.5 接地回路噪音的影响86

3.5 PZT智能传感器模型建立的基本假设87

3.6 粘贴式PZT智能传感器压电方程与力学模型88

3.6.1 粘贴式PZT智能传感器压电方程88

3.6.2 不考虑粘贴层与自身阻尼时的PZT智能传感器力学模型90

3.6.3 考虑粘贴层与自身阻尼时的PZT智能传感器力学模型91

3.6.4 考虑自身阻尼（电信号输出）影响时的PZT智能传感器力学模型92

3.7 埋入式PZT智能传感器压电方程与力学模型96

3.7.1 埋入式PZT智能传感器压电方程96

3.7.2 埋入式PZT智能传感器力学模型98

3.8 PZT智能传感器力学模型算例分析100

3.8.1 PZT智能传感器参数选择100

3.8.2 粘贴式PZT智能传感器力学模型算例分析101

3.8.3 埋入式PZT智能传感器力学模型算例分析106

3.9 PZT智能传感器力学模型试验验证107

3.9.1 试验设备107

3.9.2 试验方案及步骤111

3.9.3 粘贴式PZT智能传感器力学模型试验研究112

3.9.4 埋入式PZT智能传感器力学模型试验研究118

3.10 本章小结124

4 粘贴式和埋入式压电智能驱动器力学模型建立与试验研究126

4.1 引言126

4.2 PZT智能驱动器模型建立的基本假设127

4.3 自由振动和粘贴式PZT智能驱动器力学模型建立128

4.3.1 自由振动PZT智能驱动器力学模型建立128

4.3.2 粘贴式PZT智能驱动器力学模型建立130

4.4 埋入式PZT智能驱动器压电方程与力学模型134

4.4.1 埋入式PZT智能驱动器压电方程134

4.4.2 埋入式PZT智能驱动器力学模型136

4.5 PZT智能驱动器力学模型算例分析139

4.5.1 PZT智能驱动器参数选择139

4.5.2 粘贴式PZT智能驱动器力学模型算例分析140

4.5.3 埋入式PZT智能驱动器力学模型算例分析149

4.5.4 算例分析小结155

4.6 PZT智能驱动器力学模型试验研究156

4.6.1 试验设备156

4.6.2 试验方案及步骤157

4.6.3 粘贴层对PZT智能驱动器的影响160

4.7 本章小结163

5 压电智能骨料传感-驱动器基本力学性能与试验研究165

5.1 引言165

5.2 压电智能骨料抗压和抗剪力学性能分析与试验研究165

5.2.1 试验目的165

5.2.2 试验设备及压电智能骨料的前期制作166

5.2.3 压电智能骨料抗压和抗剪试验方案167

5.2.4 压电智能骨料抗压和抗剪试验数据采集及结果分析169

5.2.5 试验小结175

5.3 压电智能骨料冻融循环力学性能分析与试验研究176

5.3.1 试验目的176

5.3.2 试验设备及压电智能骨料的前期制作176

5.3.3 压电智能骨料冻融循环试验方案178

5.3.4 压电智能骨料冻融循环试验数据采集处理及结果分析181

5.3.5 试验小结186

5.4 本章小结186

6 压电智能传感-驱动器在结构健康监测与损伤识别中的应用188

6.1 引言188

6.2 基于压电波动分析法的结构健康监测与损伤识别技术的不确定性因素分析190

6.2.1 结构损伤识别精度的不确定性因素分析191

6.2.2 监测噪音等不确定性因素的消除分析192

6.3 基于小波分析的监测信号降噪处理193

6.3.1 小波分析的基本原理194

6.3.2 基于小波分析的信号滤波降噪处理过程195

6.4 基于压电智能骨料传感-驱动器的损伤识别技术原理200

6.4.1 基于概率统计理论的结构损伤识别原理200

6.4.2 基于概率统计理论的损伤识别理论模型201

6.4.3 混凝土结构损伤概率统计识别方法的步骤213

6.5 钢筋混凝土梁的损伤统计识别试验研究213

6.5.1 试验目的213

6.5.2 试验装置214

6.5.3 试验步骤214

6.5.4 试验结果分析216

6.6 本章小结222

参考文献223