【混凝土损伤监测的案例分析5600字】

29混凝土损伤监测的案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u9956混凝土损伤监测的案例分析 155751.1混凝土模型及材料 1175931.2数据结果与分析 455661.3混凝土损伤评价指标分析 6222871.3.1RMSD损伤指标 7195021.3.2MAPD损伤指标 9325261.3.3Cov损伤指标 12141791.3.4CC损伤指标 141.1混凝土模型及材料利用有限元分析软件，建立了三维有限元模型，如图所示，压电智能骨料由最外层半径为0.00925m，厚度为0.00075m的球型PZT材料、最外层半径为0.0105m，厚度为0.0005m的橡胶材料、最外层半径为0.0205m，厚度为0.01m的混凝土材料组成，在压电智能骨料的外层逐层增加厚度为0.1m的混凝土，共增加七层。本研究中混凝土的主要力学性能参数为：密度ρ=2400kg/m3,弹性模量E=24GPa,泊松比γ=0.17.图1.10.1m厚混凝土图1.20.2m厚混凝土Figure1.10.1mconcreteFigure1.20.2mconcrete图1.30.3m厚混凝土图1.40.4m厚混凝土Figure1.30.3mconcreteFigure1.40.4mconcrete图1.50.5m厚混凝土图1.60.6m厚混凝土Figure1.50.5mconcreteFigure1.60.6mconcrete图1.70.7m厚混凝土Figure1.70.7mconcrete图1.80.1m厚混凝土（三维）图1.90.2m厚混凝土（三维）Figure1.80.1mconcrete(3D)Figure1.90.2mconcrete(3D)图1.100.3m厚混凝土（三维）图1.110.4m厚混凝土（三维）Figure1.100.3mconcrete(3D)Figure1.110.4mconcrete(3D)图1.120.5m厚混凝土（三维）图1.130.6m厚混凝土（三维）Figure1.120.5mconcrete(3D)Figure1.130.6mconcrete(3D)图1.140.7m厚混凝土（三维）Figure1.140.7mconcrete(3D)众所周知，数值结果的精度在很大程度上取决于数值模型中使用的网格尺寸。如果采用较小的网格尺寸，可以得到更精确的结果，但计算成本更高，需要更多的计算机内存。由于软件和计算机的限制，在有限元模拟中不可能采用最小网格尺寸。因此，进行网格收敛分析以找出最优网格尺寸是十分必要的。为了获得足够精度的解，我们应仔细确定单元的尺寸：

∆R式中，∆Rmax=max∆Rmax1VVp（m/s）为压缩速度，ρ为密度，ν为泊松比，Ε图1.15最大单元尺寸对SSA电磁干扰信号的影响Figure1.15TheeffectofthemaximumelementsizeontheEMIsignatureoftheSSA在图1.15分别体现了单元尺寸为0.1mm和2.0mm的频率阻抗曲线。频率低于120kHz的情况下，最大单元尺寸为2mm与最大单元尺寸为0.1mm的曲线基本重合，所以，本文采用单元尺寸2mm是合适的。1.2数据结果与分析为了确保压电阻抗技术的监测敏感性，现对不同信号进行了扫频，如下图所示，分别给出了阻抗、电导、电纳、电阻、电抗在0-180kHz的频率范围内信号。图1.15阻抗随频率变化曲线Figure1.15Impedanceversusfrequencycurve从图中可以看出，数值模拟得到的阻抗信号中，位于120kHz-160kHz范围内的各层峰值较高且更加密集，所以可以判断出在这个频率段范围内的阻抗阻抗更加敏感。图1.16电导随频率变化曲线Figure1.16Conductanceversusfrequencycurve从图中可以看出，数值模拟得到的电导信号中，位于120kHz-160kHz范围内的各层峰值较高且更加密集，所以可以判断出在这个频率段范围内的电导信号更加敏感。图1.17电纳随频率变化曲线Figure1.17Curveofsusceptanceversusfrequency从图中可以看出，数值模拟得到的电纳信号中，位于120kHz-160kHz范围内的各层峰值较高且更加密集，所以可以判断出在这个频率段范围内的电纳信号更加敏感。图1.18电阻随频率变化曲线Figure1.18Resistanceversusfrequencycurve从图中可以看出，数值模拟得到的电阻信号中，位于120kHz-160kHz范围内的各层峰值较高且更加密集，所以可以判断出在这个频率段范围内的电阻信号更加敏感。图1.19电抗随频率变化曲线Figure1.19Reactanceversusfrequencycurve从图中可以看出，数值模拟得到的电抗信号中，位于120kHz-160kHz范围内的各层峰值较高且更加密集，所以可以判断出在这个频率段范围内的电抗信号更加敏感。1.3混凝土损伤评价指标分析为了定量化混凝土损伤监测范围，分别进行了均方根偏差(RMSD)、平均绝对比例偏差(MAPD)、协方差(COV)、相关系数(CC)四种损伤评价指标的比对工作。1.3.1RMSD损伤指标图1.20阻抗RMSD变化曲线图1.21阻抗RMSD变化曲线（损伤）Figure1.20ImpedanceRMSDcurveFigure1.21ImpedanceRMSDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下阻抗随着逐层增加混凝土的RMSD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土增加到第五层的时候，阻抗RMSD趋于平稳，之后开始下降，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的RMSD值变化曲线，同样的，当混凝土厚度达到0.6m出现突变，进一步说明了压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降趋势。图1.22电导RMSD变化曲线图1.23电导RMSD变化曲线（损伤）Figure1.22conductanceRMSDcurveFigure1.23conductanceRMSDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电导随着逐层增加混凝土的RMSD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土增加到第五层的时候，电导的RMSD值的变化幅度相对来说最小，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电导的RMSD值变化曲线，同样的，当混凝土厚度达到0.3m时电导的RMSD值趋于稳定，两者相对比能够得出压电智能骨料在监测超过0.5m的范围时敏感性降低。图1.24电纳RMSD变化曲线图1.25电纳RMSD变化曲线（损伤）Figure1.24electricalsusceptanceFigure1.25electricalsusceptanceRMSDRMSDcurvecurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电纳随着逐层增加混凝土的RMSD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土增加到第五层的时候，电纳的RMSD值趋于平稳，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电纳的RMSD值变化曲线，同样的，当混凝土厚度达到0.5m时电纳的RMSD值趋于平稳，进一步说明了压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降趋势。图1.26电阻RMSD变化曲线图1.27电阻RMSD变化曲线（损伤）Figure1.26ResistanceRMSDcurveFigure1.27ResistanceRMSDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电阻随着逐层增加混凝土的RMSD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土增加到第五层的时候，电阻的RMSD值趋于稳定，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电阻的RMSD值变化曲线，当混凝土厚度达到0.6m电纳的RMSD值产生了突变，所以，可以判断压电智能骨料的监测范围是0.5m。图1.28电抗RMSD变化曲线图1.29电抗RMSD变化曲线（损伤）Figure1.28ReactanceRMSDcurveFigure1.29ReactanceRMSDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电抗随着逐层增加混凝土的RMSD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土增加到第六层的时候，电抗的RMSD值趋于稳定，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.6m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电抗的RMSD值变化曲线，当混凝土厚度达到0.6m出现突变，对比可以得出当混凝土厚度超过0.5m时，压电智能骨料对混凝土损伤监测敏感性降低。1.3.2MAPD损伤指标图1.30阻抗MAPD变化曲线图1.31阻抗MAPD变化曲线（损伤）Figure1.30ImpedanceMAPDcurveFigure1.31ImpedanceMAPDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下阻抗随着逐层增加混凝土的MAPD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土增加到第五层的时候，阻抗的MAPD值趋于稳定，而当混凝土厚度为0.6m时阻抗的MAPD值发生了突变，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的阻抗的MAPD值变化曲线，当混凝土厚度为.5m时MAPD值趋于稳定，当混凝土厚度为0.6m时MAPD值发生了突变，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降趋势。图1.32电导MAPD变化曲线图1.33电导MAPD变化曲线（损伤）Figure1.32conductanceMAPDcurveFigure1.33conductanceMAPDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电导随着逐层增加混凝土的MAPD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土厚度大于0.5m的时候，电导的MAPD值趋于稳定，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电导的MAPD值变化曲线，当混凝土厚度达到0.3m时MAPD值趋于稳定，可以判断出压电智能骨料的监测范围为0.5m。图1.34电纳MAPD变化曲线图1.35电纳MAPD变化曲线（损伤）Figure1.34electricalsusceptanceFigure1.35electricalsusceptanceMAPDMAPDcurvecurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电纳随着逐层增加混凝土的MAPD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土增加到第六层的时候，电纳的MAPD值趋于稳定，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.6m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电纳的MAPD值变化曲线，同样的，当混凝土厚度大于0.6m时MAPD值呈上升趋势，进一步说明了压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.6m时成下降趋势。图1.36电阻MAPD变化曲线图1.37电阻MAPD变化曲线（损伤）Figure1.36ResistanceMAPDcurveFigure1.37ResistanceMAPDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电阻随着逐层增加混凝土的MAPD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土厚度为0.6m的时候，电阻的MAPD值发生了突变，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电阻的MAPD值变化曲线，同样的，当混凝土厚度达到0.6m时MAPD值同样发生了突变，进一步说明了压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降趋势。图1.38电抗MAPD变化曲线图1.39电抗MAPD变化曲线（损伤）Figure1.38ReactanceMAPDcurveFigure1.39ReactanceMAPDcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电抗随着逐层增加混凝土的MAPD值的变化曲线，我们可以看出，当混凝土厚度为0.6m的时候MAPD值发生了较大的变化，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电抗的MAPD值变化曲线，当混凝土厚度达到0.6m时MAPD值同样的出现了很大的变化，进一步说明了压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降趋势。1.3.3Cov损伤指标图1.40阻抗COV变化曲线图1.41阻抗COV变化曲线（损伤）Figure1.40ImpedanceCOVcurveFigure1.41ImpedanceCOVcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下阻抗随着逐层增加混凝土的COV值的变化曲线，根据两个信号之间的偏差越大，Cov越接近于0或负值，我们可以得出当混凝土厚度为0.6m时候，阻抗的COV值趋于稳定，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.6m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的阻抗的COV值变化曲线，当混凝土厚度达到0.6m时COV值出现向零的突变，通过两图我们可以看出当混凝土的厚度超过0.5m的时候，压电智能骨料对混凝土损伤监测的敏感性降低，由此可以判断出压电智能骨料对混凝土损伤监测范围为0.5m。图1.42电导COV变化曲线图1.43电导COV变化曲线（损伤）Figure1.42conductanceCOVcurveFigure1.43conductanceCOVcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电导随着逐层增加混凝土的COV值的变化曲线，当混凝土厚度为0.5m的时候，电导的COV值出现了正向突变且之后趋于平稳，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感性在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电导的COV值变化曲线，当混凝土厚度达到0.4m时COV值出现正向突变，当混凝土厚度达到0.5m时COV值趋向平稳，之后出现了小幅度的负向突变，进一步说明了压电智能骨料对混凝土的监测敏感性在大于0.5m时成下降趋势。图1.44电纳COV变化曲线图1.45电纳COV变化曲线（损伤）Figure1.44electricalsusceptanceFigure1.45electricalsusceptanceCOVCOVcurvecurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电纳随着逐层增加混凝土的COV值的变化曲线，当混凝土厚度大于0.3m时COV值开始成上升趋势，当混凝土厚度达到0.6m时，COV值趋于稳定，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.6m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电纳的COV值变化曲线，当混凝土厚度达到0.5m时COV值开始成上升趋势，无法确定压电智能骨料的检测范围。图1.46电阻COV变化曲线图1.47电阻COV变化曲线（损伤）Figure1.46ResistanceCOVcurveFigure1.47ResistanceCOVcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电阻随着混凝土厚度的增加的COV值的变化曲线，当混凝土厚度达到0.5m以后COV值开始上升并趋于平稳，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.6m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电阻的COV值变化曲线，当混凝土厚度大于0.5m时COV值开始向零靠近。进一步说明了压电智能骨料对混凝土损伤的监测范围为0.5m。图1.48电抗COV变化曲线图1.49电抗COV变化曲线（损伤）Figure1.48ReactanceCOVcurveFigure1.49ReactanceCOVcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电抗随着逐层增加混凝土的COV值的变化曲线，从图中无法准确判断混凝土损伤的监测范围。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电阻的COV值变化曲线，当混凝土厚度大于0.5m时COV值开始负向变化，能够粗略的看出压电智能骨料对混凝土损伤的监测范围为0.5m。1.3.4CC损伤指标图1.50阻抗CC变化曲线图1.51阻抗CC变化曲线（损伤）Figure1.50ImpedanceCCcurveFigure1.51ImpedanceCCcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下阻抗随着混凝土厚度增加的CC值的变化曲线，CC值越小，信号之间的偏差越大，破坏程度就越严重，所以我们无法判断混凝土损伤监测范围是多少。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的阻抗的CC值变化曲线，同样的，当混凝土厚度达到0.5m时CC值达到峰值，之后开始下降，可以大致推断混凝土损伤检测范围为0.5m。图1.52电导CC变化曲线图1.53电导CC变化曲线（损伤）Figure1.52conductanceCCcurveFigure1.53conductanceCCcurve(damage)左图是混凝土没有损伤情况下电导随着逐层增加混凝土的CC值的变化曲线，当混凝土厚度为0.5m时，电导的CC值达到了一个最高点，当混凝土厚度为0.6m时，CC值到了最低点，说明压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.5m时成下降的趋势。右图是混凝土在改变弹性模量模拟损伤情况下的电导的CC值变化曲线，当混凝土厚度达到0.5m时CC值达到峰值，进一步说明了压电智能骨料对混凝土的监测敏感度在大于0.