《壓電應變測量技術及其儀器系統的研發與套用》是依託南京航空航天大學，由周晚林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：壓電應變測量技術及其儀器系統的研發與套用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周晚林
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
從航空航天等領域利用壓電智慧型結構進行健康監控的工程背景出發，研發壓電應變測量實驗技術與集成儀器系統，為基於結構的實際應變從力學角度去揭示結構損傷的本質，實現結構損傷的線上監控提供測量數據。同時，作為該系統的套用，基於實測的壓電應變深入研究壓電智慧型結構衝擊荷載及損傷的識別技術，為實現結構損傷的線上健康監測提供技術基礎。研究目標是：.（1）基於多塊PVDF壓電薄膜在不同電極方向組合的原理，研製一種具有傳統電阻應變片形式的PVDF壓電應變片及集成儀器系統，實現壓電結構單軸應變的測量 。.（2）基於測量壓電應變實現壓電智慧型結構衝擊荷載譜的反演,並尋求衝擊荷載譜、衝擊能量與結構損傷的關係，提出依據衝擊荷載譜或衝擊能量間接評估壓電智慧型結構損傷的方法。.（3）基於測量壓電應變研究壓電應變譜的特徵向量與結構物理損傷的關係，尋求反映材料內部損傷的壓電應變特性，對結構損傷的存在和程度進行評估。
結題摘要
本項目從航空航天結構健康監控的工程背景出發,著重研發壓電應變測量實驗技術與集成儀器系統，實現壓電智慧型結構單軸動態應變的測量。另一方面， 基於實測的壓電動態應變對壓電智慧型結構的衝擊荷載及損傷識別技術進行了比較系統深入的研究，具有較重要的學術意義和工程套用價值。 （1．1）基於多塊PVDF壓電薄膜在不同電極方向組合的原理，研製了一種具有傳統電阻應變片形式的PVDF應變片，實現了壓電結構單軸動態應變的測量。 提出了PVDF應變片靈敏係數的測定方法、與PVDF應變片相粘的基體材料的表面處理方法 、應變片與基體材料相粘或預埋的布設工藝和應變片貼上後的防護方法。研究了PVDF應變片的工作特性、PVDF應變片的疲勞和脫粘失效機理及其控制方法。 （1.2）研製了一種採用PVDF應變片測量單軸動態應變的增益控制電路。提出了多路測量控制器、同步發生器、電荷放大器、信號發生器、非線性校正電路的設計或選型方法。研究了採用PVDF應變片動態測量時壓電結構的激勵方式、動態應變的標定方法。研究了結構主應變的確定方法和應變測量系統誤差的估計方法。研究了壓電動態應變信號的採集、存儲及數據處理方法。開發了一套軟硬體齊全的壓電應變測量集成儀器系統。（1.3）建立了壓電層合結構的動力學方程。研究了基於實測壓電應變回響的結構動態載荷識別問題。基於對層合板智慧型結構的模態分析，推導出結構測點的應變模態矩陣。研究了由結構的壓電應變模態回響反演壓電智慧型結構衝擊荷載（位置和時間歷程）的有限元逆分析算法 。 （1.4）研究了壓電層合智慧型結構的衝擊力學性能。從材料的本構關係給出了衝擊荷載譜、衝擊能量與結構損傷的對應關係。以衝擊荷載譜或衝擊能量為特徵參數，並聯繫結構的力學設計準則，提出了一種間接評估壓電智慧型結構損傷的方法。 （1.5）針對壓電層合板智慧型結構脫粘、裂縫等損傷，研究了兩種診斷和評估損傷的方法。一種方法是，研究壓電應變譜的特徵向量（模態頻率、振幅等）與結構物理損傷的關係，提出了以壓電應變譜的特徵向量為參數的損傷因子用於評估壓電層合板智慧型結構的損傷。另一種方法是，基於實測壓電應變回響，提出一種有限元逆分析算法，通過計算結構的邏輯損傷變數（損傷彈性模量等）來評估結構的損傷位置和程度。
