《1-3型正交異性水泥基壓電複合材料的性能及其機理研究》是依託濟南大學，由黃世峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：1-3型正交異性水泥基壓電複合材料的性能及其機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃世峰
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對目前土木工程領域中所使用的智慧型材料普遍不具備測定特定方向應力和應力波的能力，不能分辨不同方向的損傷信號問題，本項目採用切割-澆注和排列-澆注相結合的方法，通過對複合材料的結構、尺寸和性能等進行最佳化設計，製備與混凝土結構相容性好，且具有定位能力的1-3型正交異性水泥基壓電複合材料。研究壓電相的長寬比、體積分數、構造方位和水泥基體的水灰比、水化齡期等對複合材料正交異性特性的影響，確定最佳工藝參數；建立複合材料的形狀、尺寸與諧振頻率和頻頻寬之間的相關性；探討複合材料的回響值與偏角之間的關係及變化規律，研究壓電複合材料的正交異性特性，基於此進行信號源精確定位實驗；運用壓電材料的基本理論，建立複合材料的力電耦合方程，揭示其正交異性機理；將壓電複合材料用於實際混凝土結構健康監測中，分析其區分來自不同方向損傷信號的能力，進而對損傷源進行定位及識別研究，為促進土木工程結構的智慧型化發展提供理論依據。
結題摘要
針對目前土木工程領域中所使用的智慧型材料普遍不具備測定特定方向應力和應力波的能力，不能分辨不同方向的損傷信號問題，本項目採用切割-澆注和排列-澆注相結合的方法，通過對複合材料的結構、尺寸和性能等進行最佳化設計，製備了與混凝土結構相容性好的1-3型正交異性水泥基壓電複合材料。研究了基體配合比、壓電陶瓷體積分數、壓電相長寬比、柱高、電極寬度以及電極數目對1-3型正交異性水泥基壓電複合材料性能的影響及正交異性機理，結果表明，隨著基體中水泥質量分數和壓電陶瓷體積分數的增加，壓電應變常數和正交方向上接收到的信號幅值逐漸增大，正交異性顯著；隨著壓電相長寬比的增大，壓電應變常數和正交方向上接收到的信號幅值逐漸增大，當壓電相長寬比大於2時，壓電複合材料表現出明顯的正交異性；壓電陶瓷柱高對1-3型正交異性壓電複合材料的壓電應變常數的影響較小，隨著壓電陶瓷柱高的增加，壓電應變常數和正交方向上接收到的信號幅值都沒有明顯的變化；隨著電極寬度的增加，壓電應變常數和正交方向上接收到的信號幅值緩慢減小；隨著電極數目的增加，壓電應變常數和正交方向上接收到的信號幅值也逐漸增大，當電極數目大於2時，壓電複合材料表現明顯的正交異性。研究了1-3型正交異性水泥基壓電複合材料的平面信號回響及信號衰減，結果表明，在0°~360°方向範圍內，壓電陶瓷和1-3型壓電複合材料在平面內接收到的信號幅值保持不變，顯示各向同性，而1-3型正交異性水泥基壓電複合材料在平面內接收到的信幅值呈“餘弦”曲線變化趨勢，顯示各向異性；隨著測試距離的增加，1-3型正交異性水泥基壓電複合材料在平面內接收到的信號幅值逐漸減小。以1-3型正交異性水泥基壓電複合材料為壓電元件，採用環氧樹脂、水泥和鎢粉的混合物作為匹配層，環氧樹脂和水泥的混合物作為背襯層，製備了正交異性壓電感測器，並對其性能進行了研究，結果表明，該感測器具有明顯的正交異性、較高的靈敏度和較寬的頻寬，非常適合於混凝土結構的損傷源識別和定位。
