OPCM AE传感器特性的理论仿真与实验研究

发布时间：2020-08-27 19:23　阅读次数：

OPCM AE传感器特性的理论仿真与实验研究

吴爱军，骆英，顾建祖，谈梅兰

(江苏大学理学院，江苏镇江 212013)

摘要：基于均匀场和细观力学理论。对应用于结构损伤声发射(AE)检测的1-1型压电复合材料(OPCM)AE传感器。建立了它的等效力电模型，在此基础上，推出了其等效力、电参数，通过这些参数的对比。发现OPCM具有明显的正交异性的特性；同时，应用有限元仿真计算，得到了在X和Z两方向上传感器受到单向应力波荷载作用时，电极面输出的电压存在明显差异；所设计的实验表明：OPCM能够区分出不同方向的应力波，并对特殊方向上的应力波具有强烈的响应，再次证实了OPCM传感器的正交异性特性。

关键词：等效力电参数；有限元法；压电复合材料声发射传感器；正交异性；AE检测

中图分类号：TP212.12 文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2007)05-0048-04

Principled simulation and test research on performance of OPCM AE sensor

WU Ai-jun, LUO Ying, GU Jian-zu, TAN Mei-lan

(Faculty of Science ,Jiangsu University ,Zhenjiang 212013 ,China)

Abstract: Based on the theories of uniform fields and micromechanics , for the 1-1 orthotropic piezoelectric composites materials ( OPCM ) sensors in structural damage acoustic emission ( AE) test, equivalent electromechanical model is established and some equivalent electromechanicl parameters are derived, comparing these parameters the distinct orthotropic performance of OPCM is discovered. The result is gained that the sensor electrode volt outputs have evidence difference under the actions of the unilateral stress wave in x and/or zdirection by finite element mothods simulation. The result of theorthotropic performace that OPCM AE sensors can distinguish stress waves from the different directions is obtained further by the designed experiment. The experiment indicates that the OPCM AE sensor has strong response to stress wave from special direction.

Key words: equivalent electromechanical parameters; finite element mothods; orthotropic piezoelectric composites meterials( OPCM) acoustic emission( AE) sensors; orthotropic; AE test

0 引言

近年来，声发射(AE)技术已被广泛应用于工程结构检测中，其中，接收损伤信号的关键技术元件—传感器至关重要。AE传感器一般是粘贴于被测构件的表面使用。这要求它尽可能从被测构件表面的应力波传播情况中提取有价值的信息。传统的压电陶瓷传感器较为突出的一个缺陷是平面的横观各向同性，不具备测定特定方向应力波的能力，提取有效的损伤信息有一定的难度[1]。有鉴于此，本文作者采用了自行研制的具有正交异性特征的1-1型压电复合材料(OPCM)传感器，基本克服了这一缺陷[2]。

这里，利用均匀场和细观力学理论建立了等效力电模型，确立了相应材料的本构关系，推导出了模型的等效力、电参数，通过这些参数分析表明：OPCM传感器在平面内具有正交异性的特性；同时，应用有限元仿真计算，得到了在X和Z两方向上声发射传感器受到单向应力波荷载作用时，电极面输出的电压存在明显差异；再次，通过设计的实验进一步验证了这一特性。

OPCM+AE传感器特性的理论仿真与实验研究全文