PVDF传感器与工作曲率变形在梁裂纹检测中的应用

"基于PVDF传感器和工作曲率变形实现裂纹梁裂纹检测* (2013年)" 本文详细探讨了一种利用压电高分子薄膜PVDF(Polyvinylidene Fluoride)传感器来检测结构裂纹的新方法，特别是在梁结构中的应用。PVDF传感器因其优良的压电性能和灵敏度，被广泛用于各种结构健康监测系统中。这项研究的核心是通过测量工作曲率变形，即结构在正常工作状态下的形状变化，来判断是否存在损伤。 在描述中，作者首先以一个简单的悬臂裂纹梁为例，阐述了使用PVDF传感器测量工作曲率变形并用于结构损伤检测的可行性。悬臂梁在实际工程中常见，而裂纹的存在会对其力学性能产生显著影响。通过PVDF传感器，可以实时、精确地捕捉到这种微小的变化，为损伤检测提供依据。 接着，文章深入介绍了工作曲率变形用于损伤检测的理论基础。工作曲率变形是结构在荷载作用下产生的实际弯曲形状，与无损状态下的理想形状形成对比。当结构出现裂纹或其他形式的损伤时，其工作曲率会发生变化。通过比较损伤前后的工作曲率，可以评估结构的损伤程度。 文章进一步提出了一个创新的算法，即仅通过损伤后结构的频率响应函数，直接计算出工作曲率变形和损伤指标。频率响应函数是结构动力学特性的重要表现，反映了结构对不同频率输入的响应。在有裂纹的情况下，这些响应会有所改变，从而可以推断出结构的损伤状态。 实验部分，作者对带有单个裂纹和两个裂纹的铝制悬臂梁进行了损伤检测。实验结果验证了该方法的有效性，成功地识别出了梁中的裂纹，证实了利用PVDF传感器和工作曲率变形进行结构健康监测的潜力。 这项研究提供了一个实用且经济的裂纹检测方案，对于桥梁、建筑物等大型结构的健康监测具有重要意义。通过PVDF传感器实时监测工作曲率变形，可以早期发现并定位裂纹，从而预防可能的安全隐患，确保结构的稳定性和耐久性。这种方法不仅在理论上有重要的学术价值，也对工程实践具有指导意义。