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PWAS激励Lamb波的谱有限元建模及参数研究
引用本文:孙虎,周丽.PWAS激励Lamb波的谱有限元建模及参数研究[J].固体力学学报,2014,35(1):21-29.
作者姓名:孙虎  周丽
作者单位:1. 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室;2. 南京航空航天大学;
基金项目:国家自然科学基金项目(11172128,61161120323);高等学校博士学科点专项科研基金(20123218110001);江苏省“六大人才高峰”项目(2010-JZ-004);江苏省高校优势学科建设工程项目资助
摘    要:基于谱有限元法发展了一种由压电晶片主动传感器(PWAS)、胶层和主结构组成的三层模型,来模拟PWAS激励结构中Lamb波的传播。首先在各层使用不同的梁理论,推导PWAS-胶层-主结构三层模型的控制方程和力的边界条件,建立谱有限元模型。通过和传统的有限单元法进行比较,表明了在显著提高计算效率的同时,所发展谱有限元模型在分析结构中Lamb波传播上仍具有较高的精度。分析了激励频率、PWAS长度与厚度、胶层厚度等参数变化对输出电压信号的影响,可以为基于PWAS和Lamb波的主动健康监测技术提供参考。

关 键 词:结构健康监测    Lamb波    谱有限元    压电晶片主动传感器    胶层  Structural  health  monitoring    Lamb  wave    spectral  finite  element    piezoelectric  wafer  active  sensors    adhesive  layer  
收稿时间:2012-11-12

Modeling and Parameter Study of PWAS-induced Lamb wave based on Spectral Finite Element
Abstract:A three-layer spectral finite element model, consisting of piezoelectric wafer active sensor (PWAS), adhesive layer and base structure, is developed to study PWAS-induced Lamb wave propagation in structures. Based on different beam theories for different layers, governing equations and force boundary conditions are derived for the coupled PWAS-adhesive layer-base structure system, by which spectral finite element model is established. Compared with the conventional finite element method, the developed model is proved to obviously improve calculation efficiency and have high accuracy in modeling Lamb wave propagation. Output voltage versus exciting frequency, the length and thickness of PWAS and the thickness of adhesive layer is analyzed, which may provide some references for PWAS and Lamb wave-based active health monitoring technology.
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