OPCM动态传感特性AE数值模拟与实验研究
沈 毅1，裴文江1，骆 英2
(1．东南大学 信息科学与工程学院，江苏南京 210096；2．江苏大学 理学院，江苏镇江 212013)
摘 要：建立声发射(AE)信号的有限元(FEM)数值模拟模型，研究正交异性压电复合材料(OPCM)对模拟AE源的动态传感特性。采用对结构施加脉冲载荷获得OPCM对瞬态AE信号时域响应特性，采用扫频正弦形式的集中力载荷获得OPCM对连续AE信号的频域响应特性，最后设计实验进行对比。研究表明，OPCM对同平面内瞬态和不同频率连续AE信号具有横观各向异性传感特性。
关键词：声发射；声发射传感器；有限元；数值模拟
中图分类号：TP212．12 文献标识码：A
Experiment Research and Numerical Simulation on the Dynamic Sense Characteristics of OPCM
SHEN Yi1, PEI Weng-jiang1 , LUO Ying2
(1. School of Communication & Transportation, South East University, Nanjing 210096, China;
2. Faculty of Science, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)
Abstract: FEM(Finite Element Model) numerical model of AE( Acoustic Emission) signal has been establishedand the dynamic AE sense characteristics of OPCM ( Orthotropic Piezoelectric Composite Materials) has been researched. The sense characteristics in time domain of OPCM to the simulating AE signal OPCM to continue simulating AE signal were acquired by centralized impulsion in sine scan frequency model. A experiment was designed to contrast the simulating results in the end. The results showed that the OPCM sensor has different frequency characteristics to ortho-tropic AE signal in the same plane.
Key words : acoustic emission; piezoelectric transducer; FEM; numerical simulation
压电材料传感器具有响应速度快，频带宽，测量精度高，性能稳定等优点，被广泛应用于自诊断、自适应结构中。单一压电陶瓷片呈现压电横观各向同性的特性，作为传感元件将同时感受所有方向应力波，不具备测定特定方向应力波的能力[1]。正交异性压电复合材料(OPCM)传感器除具有普通压电复合材料的柔韧性好，强度高，极限应变大，质量小等优点，还具有平面横观各向异性的特点，可区分平面结构中的各应力波分量， 从而使其在声发射(AE)检测于中比普通PZT传感元件更有效[2]。
本文基于OPCM传感元件力／电耦合本构方程，建立二维有限元模型模拟结构中传播特性复杂的AE信号。通过耦合节点自由度，读取压电陶瓷节点电压时域信号研究OPCM对同平面内正交AE信号的动态响应特性，并设计实验方案。通过对比，验证了OPCM对同平面内AE信号的正交异性传感特性和有限元AE建模法的正确性。
