基于埋入式壓電傳感器的混凝土梁損傷檢測開題報告

畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告PAGEPAGE1開題報告一、課題來源、背景、目的、意義，國內(nèi)外基本研究概況1.1課題來源本課題來源于教育部博士點基金資助下進行的結(jié)構(gòu)損傷檢測試驗研究。1.2課題背景土木工程結(jié)構(gòu)在長達幾十年，甚至上百年的服役過程中，環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載效應(yīng)、人為的或自然的突變效應(yīng)等災(zāi)害因素的耦合作用將不可避免地導致結(jié)構(gòu)的損傷累計和抗力衰減，從而抵抗自然災(zāi)害、正常荷載以及環(huán)境作用的能力下降，引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。而我國是一個多自然災(zāi)害的國家，幾乎每年都要發(fā)生地震、風災(zāi)、火災(zāi)和水災(zāi)等重大的自然災(zāi)害，這些自然災(zāi)害對土木工程結(jié)構(gòu)的安全造成了嚴重的威脅，不斷地對結(jié)構(gòu)造成損傷，一旦結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件的損傷積累到一定程度，如沒有被及時發(fā)現(xiàn)和處理，損傷將會迅速擴展，很快就會導致整個結(jié)構(gòu)的毀壞，造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。以橋梁為例，早在1967年12月，西弗吉尼亞州的錫爾弗(Silver)橋垮塌，導致46人喪生；美國的塔科瑪海峽大橋、我國重慶市綦江縣的彩虹橋、臺灣省連接高雄與屏東重要通道上的高屏大橋，都發(fā)生了突然斷裂事件，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因而，對在役的重要土木工程結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵構(gòu)件進行損傷檢測和健康狀況評估，特別是早期微小損傷的檢測就顯得非常重要。目前發(fā)達國家非常重視這一問題，投入了大量的人力、物力和財力用于該領(lǐng)域的研究，以橋梁為例：據(jù)美國交通部的統(tǒng)計，每年約有200,000座橋梁會發(fā)生性能退化或失效，政府每年以70億美元的投入用于這些橋梁的檢測和評估；而加拿大則每年有這樣的橋梁30,000座。近年來，基于動態(tài)測量信息的土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究與應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注并取得了顯著的進展，土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測已成為目前國際上土木工程學科最活躍的研究領(lǐng)域之一，在每年國際上召開的有關(guān)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、振動分析與控制、智能材料與結(jié)構(gòu)的大會上，有關(guān)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的報告占相當大的比例，由國際結(jié)構(gòu)控制協(xié)會和美國土木工程師協(xié)會共同發(fā)起成立了國際結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測委員會。世界各發(fā)達國家和部分發(fā)展中國家，如我國，自20世紀90年代以來在各種國家計劃和國家自然科學基金等的大力資助下積極地開展了這方面的研究[1]。更為可喜的是，隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、現(xiàn)代信息處理與分析技術(shù)和智能材料的發(fā)展，土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方面的研究已取得了階段性的成果，表現(xiàn)為在一些重要的土木工程結(jié)構(gòu)上建立了有效的健康監(jiān)測系統(tǒng)。建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)的一個核心問題就是如何對復雜結(jié)構(gòu)體系中已經(jīng)出現(xiàn)的初始損傷進行有效的識別、定位以及程度評估，其中損傷定位是結(jié)構(gòu)損傷識別與健康監(jiān)測的關(guān)鍵，也是問題的難點之一。結(jié)構(gòu)損傷程度的評估則是更為復雜的一項工作，它牽涉到結(jié)構(gòu)模型化的準確程度，損傷表述及其數(shù)學刻畫的合理性以及與各自行業(yè)的結(jié)構(gòu)損傷評定標準及規(guī)范等息息相關(guān)。因此，盡管已經(jīng)研究多年，混凝土微損傷的識別，特別是定量識別，目前國際上尚沒有成熟的解決方案，也沒有取得突破性的進展，這已成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域迫切需要解決的關(guān)鍵問題，需要進一步深入研究。1.3課題的目的和意義工程事故的頻繁發(fā)生給國家和人民的生命財產(chǎn)造成巨大損失，使得人們對土木結(jié)構(gòu)的安全性感到普遍擔憂，目前的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法只能定期地對一些明顯的損傷進行檢測，而大型復雜結(jié)構(gòu)的事故往往源于其關(guān)鍵構(gòu)件的初始微小損傷，這些微小損傷積累到一定程度將會造成很惡劣的后果，如房屋倒塌，橋梁的突然斷裂、核電站泄漏、海洋石油平臺的翻沉等。因此，實時而有效地檢測大型重要結(jié)構(gòu)的損傷，評估其安全性顯得十分迫切。本課題旨在研究基于壓電阻抗法的封裝壓電傳感器在結(jié)構(gòu)損傷檢測中的應(yīng)用。介紹傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)損傷檢測方法現(xiàn)狀、壓電阻抗法的研究概況，并將壓電阻抗法與主要傳統(tǒng)檢測方法進行對比；闡述基于壓電阻抗分析的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法的基本原理；利用線切割裂紋模擬混凝土梁的損傷，運用PZT阻抗法對簡支條件下混凝土梁損傷進行檢測；最后通過采用另外一種封裝技術(shù)的壓電傳感器對混凝土梁損傷進行檢測，以此對比研究了不同封裝技術(shù)的優(yōu)劣。1.4課題的國內(nèi)外基本研究概況及發(fā)展趨勢壓電阻抗技術(shù)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的方法是近些年才興起的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的一種新方法。將一壓電元件粘貼于結(jié)構(gòu)表面作為系統(tǒng)中的傳感器和驅(qū)動器，這就使采用壓電阻抗技術(shù)進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測成為可能。當壓電元件受壓的時候，它將產(chǎn)生電場，如果對壓電元件施加一電場，它將產(chǎn)生機械拉伸。對一線性壓電材料(如PZT)來說，電變量和機械變量之間的關(guān)系可以通過一線性方程來描述。為了獲取結(jié)構(gòu)機械阻抗信息，同時用到了PZT的正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。PZT由一正弦電壓驅(qū)動，由于PZT粘貼在結(jié)構(gòu)表面上，所以結(jié)構(gòu)也會隨其一起變形并且對振動產(chǎn)生近處的動態(tài)響應(yīng)。單片PZT能夠激勵的面積區(qū)域因結(jié)構(gòu)和材料的不同而異，結(jié)構(gòu)對振動的響應(yīng)反饋給PZT，又導致了PZT的電響應(yīng)，由于不同程度的結(jié)構(gòu)損傷會導致的電響應(yīng)不同，所以可以通過分析這種電響應(yīng)的變化來判斷結(jié)構(gòu)受損情況。其實電響應(yīng)反映出來就是PZT的電阻抗，結(jié)構(gòu)受到損傷會造成PZT電阻抗幅值和相角的變化。20世紀90年代初期，美國弗機尼利亞工學院和州立大學（VirginiaPolytechnicInstituteandStateUniversity）的智能材料系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)研究中心（CenterforIntelligentMaterialSystemandStructure）最早展開這種方法的研究。20世紀90年代初期，美國弗機尼利亞工學院和州立大學的智能材料系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)研究中心最早展開這種方法的研究。1993年C.Liang等人首次提出智能結(jié)構(gòu)的阻抗分析法，從理論上分析了PZT與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成的單自由度彈簧-質(zhì)量-阻尼系統(tǒng)（SMD）模型，推導出了PZT動態(tài)機械阻抗與結(jié)構(gòu)機械阻抗的關(guān)系，并以懸臂梁為實驗進行了驗證；接又研究了PZT與結(jié)構(gòu)耦合電阻抗問題，理論推導出PZT驅(qū)動的簡單一維SMD系統(tǒng)的耦合電導納表達式，分析了結(jié)構(gòu)機械阻抗變化對PZT電導納的影響；Sun根據(jù)耦合電阻抗提取自由的柔性梁的固有頻率，試驗結(jié)果與真實值很接近；之后，Rogers，Ayres，Tseng等人利用一些簡單的結(jié)構(gòu)對PZT電阻抗與結(jié)構(gòu)機械阻抗的關(guān)系進行了試驗研究，證實了這種方法的可行性。后來很多學者在這方面做了大量的試驗研究，并在幾種復雜結(jié)構(gòu)上取得了成功：Chaudhry最早將壓電阻抗法用于航空結(jié)構(gòu)的損傷檢測，Castanien提出交叉耦合電導納概念，并利用統(tǒng)計方法分析耦合電導納的變化識別了飛機機身的損傷，Winston和Giurgiutiu等人利用壓電阻抗法成功地檢測噴氣機渦輪引擎的故障，Ghoshal報道了直升機折梁試驗的損傷檢測結(jié)果，Giurgiutiu用壓電阻抗法對一老化的航空結(jié)構(gòu)進行了健康狀態(tài)評估，顯示出其在航空領(lǐng)域損傷檢測的廣闊前景；Lalandeetal研究了復合材料修復層智能結(jié)構(gòu)的損傷識別情況，Raju將這一研究成果應(yīng)用到復合材料加固的混凝土結(jié)構(gòu)，證實該方法在復合材料領(lǐng)域的可行性；對于機械領(lǐng)域的精密零部件，其微小損傷常常給工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大損失，如何有效地識別出其初始微小損傷成為人們關(guān)注的焦點，Lalande利用高頻阻抗法診斷出齒輪-傳動裝置的微小缺陷，對于機械構(gòu)件的損傷檢測是一大進步。Sun等人將壓電阻抗法成功用于組裝桁架的結(jié)構(gòu)損傷檢測被認為是壓電阻抗法在土木結(jié)構(gòu)損傷檢測領(lǐng)域應(yīng)用的開始，Ayres，Park等采用阻抗法測試了幾種典型的土木結(jié)構(gòu)組件。第一種是用復合材料加強的磚墻，在墻的不同部位貼有5片PZT，測試墻體在各個受載階段時各PZT的阻抗譜，阻抗譜能夠反應(yīng)裂紋在磚縫中的擴展情況。第二種是1/4比例的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，高18m，重250kg，在鋼制桁架上貼PZT。考察了PZT阻抗的重復性以及手錘敲擊、局部載荷等外部因素對阻抗測試的影響，表明重復性好，上述因素的影響可忽略。用螺栓松動模擬損傷的引發(fā)階段，PZT能夠感應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化。第三種是管網(wǎng)(水、氣、油等的管道)連接處，在連接法蘭盤上貼PZT。研究了接頭在不同溫度下（25℃～75℃）PZT阻抗與溫度的關(guān)系，用螺栓松動模擬損傷的引發(fā)階段，壓電陶瓷片能夠感應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化。并設(shè)計了一種算法用來實現(xiàn)溫度補償功能，排除了環(huán)境溫度的影響。Bhalla通過壓電片研究了鋼結(jié)構(gòu)的初始損傷診斷，試驗結(jié)果表明該方法能有效地檢測到結(jié)構(gòu)的初始缺陷。美國南卡羅來納哥倫比亞大學（UniversityofSouthCarolinaColumbia）機械工程系的Giurgiutiu等采用阻抗法檢測點焊接頭的疲勞損傷，通過不同載荷下的疲勞試驗表明，從阻抗譜中提取的損傷因子隨疲勞裂紋的增加而增加。新加坡南洋理工大學（NanyangTechnologicalUniversity)的土木與環(huán)境工程學院（SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering）也在壓電阻抗法方面做了大量的研究和試驗，并介紹了其在土木結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)用情況：Soh等人研究了PZT在鋼筋混凝土橋損傷檢測上的應(yīng)用。橋全長約11米，寬1米，由兩根長梁支撐混凝土面板組成，在關(guān)鍵部位貼有11片PZT。通過PZT的導電測試，粘結(jié)的PZT能感應(yīng)到它所在位置附近的混凝土裂紋擴展情況，并對遠處的裂紋不敏感。這一研究通過現(xiàn)場試驗證明了PZT片用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷檢測是可行的。范德比爾大學土木與環(huán)境工程系Tseng和Naidu認為阻抗法是一種有效的非參數(shù)結(jié)構(gòu)損傷檢測方法。在鋁板上模擬三種破壞情況，PZT能感知這些損傷而不需要任何的模態(tài)參數(shù)。他們比較了四種基于損傷特征提取的統(tǒng)計方法的優(yōu)劣。Tseng還用阻抗法檢測混凝土由于環(huán)境侵害引起的材料性能變化。由于壓電材料的強溫度特性，部分學者考察了溫度對阻抗法的影響，Woon通過試驗觀察了環(huán)境溫度對結(jié)構(gòu)動態(tài)特性和響應(yīng)的影響；Krishnamurthy則從理論上分析了溫度對壓電片性能的影響，結(jié)果顯示壓電片介但是，目前阻抗法還只是一種定性的檢測方法。這是因為諸多因素，如裂紋、銹蝕、孔洞等都會使結(jié)構(gòu)的機械阻抗發(fā)生變化，對缺陷的種類、損傷程度等的識別也十分困難。在這方面，Park，Lopes等采用阻抗法結(jié)合應(yīng)力波傳播方法、阻抗法結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等在定量診斷方面作了一些探討，其中后者通過試驗驗證能夠較準確識別損傷程度和多處損傷，不足的地方是需要大量訓練數(shù)據(jù)和計算。Tebaldi等將損傷識別看作是一個解不唯一的反問題，提出一個新的損傷識別方法：通過阻抗法先確定損傷的位置，再利用遺傳算法計算損傷的大小和程度，并可識別多處損傷。另一條思路是：先用阻抗法大致確定缺陷情況，然后用其他的無損檢測方法做進一步的分析，目前還無這類研究報道。國內(nèi)在90年代后期開始了這方面的研究，南京航空航天大學、西安交通大學、重慶大學、東北大學、國防科技大學等院校研究所對對這種方法進行了試驗研究。重慶大學的李以龍和東北大學的聞邦椿等人對簡單結(jié)構(gòu)的裂紋、螺栓松動、孔洞等健康狀態(tài)進行了監(jiān)測和診斷。西安交通大學的高峰等人以含不同裂紋尺寸的鋁梁結(jié)構(gòu)為例，通過試驗分析該方法的有效性。重慶大學的以石榮、陳偉民等人為代表的智能材料研究組以柔性板為研究對象，在柔性板上布置壓電片陣列來進行損傷監(jiān)測，為以后太空柔性結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測奠定了良好的基礎(chǔ)。南京航空航天大學的石立華等人將壓電陶瓷片埋入復合材料結(jié)構(gòu)表層，開發(fā)了外部控制和處理系統(tǒng)，構(gòu)成能夠?qū)崟r完成損傷自診斷、自適應(yīng)的智能結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一方面可對沖擊、過載等可能造成損傷的原因進行監(jiān)測，并診斷裂縫、連接松動等損傷的產(chǎn)生和位置，另一方面還可自適應(yīng)地驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的壓電驅(qū)動器，改善結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)，防止損傷的擴展，在國內(nèi)具有很大的影響。國防科技大學的熊先鋒、楊光瑜等人提出了一種新的試驗方法代替阻抗分析儀測量PZT的電阻抗，采用此方法對螺栓連接固定鋁板的螺栓松動損傷進行了檢測試驗，結(jié)果表明該方法的可行性。武漢理工大學的孫明清等人對壓電材料在土木工程結(jié)構(gòu)損傷檢測中的應(yīng)用進行了綜述。華中科技大學的王丹生等人進行了基于反共振頻率和壓電阻抗的結(jié)構(gòu)損傷檢測數(shù)值與試驗研究并利用基于壓電導納的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)對鋼框架結(jié)構(gòu)進行了螺栓松動檢測試驗研究。從上面的綜述可知，基于壓電阻抗的健康監(jiān)測技術(shù)從提出到現(xiàn)在已經(jīng)有上十年，其研究領(lǐng)域主要集中在航空和機械工程，近年來在土木工程領(lǐng)域也開展了一定的研究，而且發(fā)展很快，但研究還不是十分的深入，特別是在混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方面還有待進一步的研究。此外，基于壓電阻抗的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)離實際應(yīng)用還有很大的距離，壓電傳感器的耐久性、溫度依賴性、受環(huán)境濕度的影響等方面盡管已有一些研究，但仍然沒有得到可靠的解決方案，還需要進一步研究。二、預(yù)計達到的目標、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標、完成課題的方案及主要措施2.1預(yù)計達到的目標本課題將研究基于壓電阻抗法的封裝壓電傳感器在結(jié)構(gòu)損傷檢測中的應(yīng)用。闡述智能材料結(jié)構(gòu)的基本概念以及壓電智能結(jié)構(gòu)的基本特點，推導出壓電方程，分析壓電片驅(qū)動響應(yīng)，研究應(yīng)用壓電阻抗技術(shù)進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基本原理和理論根據(jù)。通過預(yù)埋入封裝壓電片且人工制造線裂紋損傷的混凝土梁試驗，使用阻抗分析儀測量混凝土梁在無損傷和不同損傷工況下的PZT壓電導納（阻抗）數(shù)據(jù)并繪制壓電導納頻譜曲線圖，識別出混凝土梁損傷的出現(xiàn)以及對損傷進行定位，證實封裝壓電傳感器用于結(jié)構(gòu)損傷檢測的有效性。通過不同封裝技術(shù)的研究以期探討一種最合適的封裝方法。2.2關(guān)鍵理論和技術(shù)智能材料結(jié)構(gòu)是一種本身具有自診斷、自適應(yīng)、自學習等功能的結(jié)構(gòu)，傳感器、驅(qū)動器和控制器是它的三個重要組成部分。PZT在智能材料結(jié)構(gòu)中既可以作為傳感器也可作為驅(qū)動器。壓電材料具有正逆壓電效應(yīng)，因此壓電方程中的應(yīng)變或電位移既受力的影響也受電場的影響。壓電元件的主要參數(shù)有壓電常數(shù)、介電常數(shù)、彈性系數(shù)、介質(zhì)損耗、機械品質(zhì)因數(shù)、機電耦合系數(shù)及頻率常數(shù)等，參數(shù)不同說明元件的性能就不同。機械系統(tǒng)本身的動力學特性（固有頻率、振型、阻尼等），決定了系統(tǒng)受激振力后產(chǎn)生的響應(yīng)。在結(jié)構(gòu)機械阻抗測試中，首先應(yīng)對測試對象施加某種預(yù)定要求的激振力，使它產(chǎn)生強迫振動或自由振動，同時測量激振力和被測對象的響應(yīng)，得出他們的幅值和相位的頻率響應(yīng)函數(shù)。PZT驅(qū)動器的電導納公式如下：從上式可清楚地看出，PZT驅(qū)動器的電導納由兩部分組成。第一項為自由PZT的電容導納，是導納隨頻率變化的基線；第二項包含了PZT材料自身的阻抗信息和外部結(jié)構(gòu)的阻抗信息，表示PZT驅(qū)動器與結(jié)構(gòu)相互作用對PZT電導納的影響，即在電導納－頻率圖中超出基線的部分?？紤]當壓電片粘貼于外部結(jié)構(gòu)后，已確定了壓電系統(tǒng)，PZT材料自身的阻抗ZA為常數(shù)，外部結(jié)構(gòu)的阻抗值ZS則是唯一影響第二項的參數(shù)，從而控制壓電系統(tǒng)全部導納Y的變化。因此結(jié)構(gòu)健康狀況的破壞造成外部結(jié)構(gòu)阻抗的變化，則可通過壓電元件的導納反映出來，也就是說如果機械結(jié)構(gòu)因松動或有裂紋引起其機械阻抗ZS變化，則PZT沿z方向的耦合電導納會發(fā)生變化。值得一提的是，不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)導出的PZT電導納表達式都為以上形式，只是結(jié)構(gòu)阻抗ZS的表示不同。同時，當結(jié)構(gòu)阻抗ZS與壓電片ZA匹配時（復共軛），壓電導納和端點位移將趨于無限，因此導納峰值所對應(yīng)的頻率即為系統(tǒng)共振頻率。壓電阻抗法依賴于兩個重要的物理原理：(1)PZT的機電耦合特性。使得結(jié)構(gòu)一些難以直接測量的參數(shù)可以通過電量的方式反映出來；(2)彈性波的傳播理論。對于粘結(jié)在結(jié)構(gòu)表面的PZT片施加交流電場時，利用PZT的壓電效應(yīng)在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生機械波并傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，當遇到結(jié)構(gòu)阻抗發(fā)生變化的界面時，一部分機械波會反射到PZT驅(qū)動器或其他的傳感器，另一部分機械波繼續(xù)傳播。結(jié)構(gòu)的機械阻抗作為結(jié)構(gòu)的一個重要參數(shù)，是結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度、阻尼、邊界條件等的函數(shù)，而反射到PZT的機械波作為結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息的載體，將結(jié)構(gòu)內(nèi)部空洞、裂紋、缺陷、螺栓松動、支承條件等信息傳送到PZT片來調(diào)制通過PZT的電流，從而改變PZT的電導納。2.3技術(shù)指標本試驗的技術(shù)指標就是不同頻率段下的壓電導納實部和虛部值大小，并繪制導納實部和虛部頻譜曲線，根據(jù)曲線的偏移變化來確定梁的損傷。2.4完成課題的方案及主要措施本試驗采用北京聯(lián)邦時代電子科技有限公司生產(chǎn)的阻抗分析儀PV70A。該儀器是由清華大學和中國科學院聲學所共同研制開發(fā)的，主要用于壓電器件和設(shè)備的檢測，是對壓電器件和設(shè)備進行測量和分析的綜合性解決方案，可以既快又方便地測試壓電器件的參數(shù)特性。阻抗分析儀是根據(jù)超聲設(shè)備生產(chǎn)過程中一些無法直觀看到的，但對產(chǎn)品質(zhì)量卻有重要影響的技術(shù)指標，進行測量的一種可以取代進口儀器的一種設(shè)備。PZT采用武漢海創(chuàng)電子有限公司生產(chǎn)的接收型壓電陶瓷PZT-5，尺寸為8mm×8mm×0.5mm。瀝青漆防水劑采用武漢市湘潭建筑防水材料發(fā)展有限公司生產(chǎn)的海燕牌瀝青漆。封裝模具兩個試驗分別采用外徑約為2cm、高度約為1cm的圓柱形一次性薄壁塑料模具和80mm×80mm×30mm硬紙板立方體模具。首先在PZT裸片兩面各焊接一根引出導線，導線使用兩芯屏蔽線；然后在PZT裸片表面涂一層均勻的瀝青漆作防水處理；待PZT表面瀝青漆風干后對其作水泥砂漿封裝處理，將按水泥：砂為1：2的比例攪拌均勻的水泥砂漿填充到封裝模具中，兩個試驗分別采用不同封裝技術(shù)處理；待封裝塊有足夠強度保護里面的PZT時，將PZT沿梁長五個不同部位預(yù)埋入混凝土梁，在梁模板側(cè)面對應(yīng)每個PZT處各穿孔一個以從梁里引出導線；然后澆注及養(yǎng)護素混凝土梁，兩個試驗混凝土分別采用人工拌制C25混凝土和C15商品混凝土；素混凝土梁養(yǎng)護28天后簡支。為了模擬混凝土梁中裂紋損傷，用混凝土切割機沿梁長分別制作3條深度不斷加深的裂紋，分為若干個工況，將PZT引出導線連接到阻抗分析儀，測量壓電導納；最后繪制導納實部和虛部頻譜曲線，根據(jù)曲線的偏移變化來確定梁的損傷。三、課題研究進展計劃第一周至第三周：閱讀相關(guān)文獻，并翻譯相關(guān)英文論文，探究實驗原理，進行實驗初步設(shè)計。第四周只第五周：準備實驗材料、試驗場地、實驗儀器等。第六周至第九周：制作壓電片，做防水處理，并進行封裝，保持對壓電片壓電導納的測量。第十周至第十三周：澆注混凝土梁并進行四周的養(yǎng)護，保持對埋入壓電片壓導納的測量。第十四周周：切割素混凝土梁，測量梁在不同損傷工況下的壓電導納。第十五周：處理實驗數(shù)據(jù)，撰寫論文。四、主要參考文獻[1]王丹生.基于反共振頻率和壓電阻抗的結(jié)構(gòu)損傷檢測.[博士學位論文].保存地點：華中科技大學.2006[2]王丹生，朱宏平，魯晶晶等.基于壓電導納的鋼框架螺栓松動檢測.震動與沖擊.2007[3]陶寶祺主編.智能材料結(jié)構(gòu).北京:國防工業(yè)出版社,1997[4]馬治國,聞邦椿,顏云輝.智能結(jié)構(gòu)的若干問題與進展.東北大學學報（自然科學版）,1998,5(2):513-516[5]楊大智主編.智能材料與智能系統(tǒng).天津:天津大學出版社,2000[6]李傳兵,廖昌榮,張玉璘等.壓電智能結(jié)構(gòu)的研究進展.壓電與聲光,2002,24(1):42-46[7]徐茂華.結(jié)構(gòu)損傷檢測PZT阻抗法的理論與試驗研究,[碩士學位論文].保存地點：華中科技大學.2005[8]金柯.混凝土中壓電傳感器防水及封裝技術(shù).[碩士學位論文].保存地點：華中科技大學.2008[9]李杰.混凝土隨機損傷本構(gòu)關(guān)系[