Damage detection for timber beams with cracks based on electromechanical impedance method
摘 要
利用压电阻抗法对带裂缝木梁缺陷检测进行试验和数值仿真研究,并利用BP神经网络对木梁损伤位置进行分类识别。首先实测裂缝在不同深度和不同位置时对阻抗的影响规律,然后利用损伤指标均方根偏差来定量评估木梁阻抗值随损伤程度和损伤位置的变化关系。试验和数值计算均表明,木梁出现裂缝损伤后,阻抗峰值对应频率略微下降;损伤指标随损伤程度的增大而增大,随压电传感器和裂缝位置之间距离的增大而减小。
Abstract
Both of the experiments and numerical simulations of damage detection for timber beams with cracks based on electromechanical impedance method were conducted. The BP neural network was used to classify and identify the location of timber beam damage. Firstly, the influence of the cracks at different depths and different positions on impedance was experimentally tested. Then the damage index, root mean square deviation (RMSD), was employed quantitatively to evaluate the relationship between the impedance values and the damage severity and location of the timber beams. Both of the experimental and numerical results indicate that the corresponding frequency at the peak impedance decreased slightly when the crack appeared in timber beam. In addition, the RMSD increased gradually with the increase of the damage severity, however, it decreased gradually with the increase of the distance between the piezoelectric sensors and crack location.
中图分类号 TU531.15 TG115.28 DOI 10.11973/wsjc202303002
所属栏目 试验研究
基金项目 冶金工业过程系统科学湖北省重点试验室开放基金(Y201904);湖北省教育厅基金(D20211108);武汉科技大学研究生教研项目(YJG202108)
收稿日期 2022/7/21
修改稿日期
网络出版日期
作者单位点击查看
备注韩芳(1980-),女,博士,副教授,主要研究方向为结构损伤识别和健康监测
引用该论文: HAN Fang,CHEN Tianchi,XIONG Chang. Damage detection for timber beams with cracks based on electromechanical impedance method[J]. Nondestructive Testing, 2023, 45(3): 6~10
韩芳,陈天驰,熊畅. 基于压电阻抗法的带裂缝木梁损伤检测[J]. 无损检测, 2023, 45(3): 6~10
共有人对该论文发表了看法,其中:
人认为该论文很差
人认为该论文较差
人认为该论文一般
人认为该论文较好
人认为该论文很好
参考文献
【1】朱宏平, 王丹生,张俊兵.基于压电阻抗技术的结构损伤识别基本理论及其应用[J].工程力学,2008,25(S2):34-43.
【2】张东山, 张志忠,刘瑜,等.基于压电阻抗方法的油气管道裂纹损伤定量研究[J].工程力学,2016,33(1):232-237.
【3】李以农, 郑玲,闻邦椿.基于压电阻抗的结构缺陷评价方法的试验研究[J].力学与实践,2002,24(3):44-47.
【4】许斌, 李俊,李彦贺,等.基于压电阻抗测量的不规则钢骨混凝土柱界面剥离缺陷检测[J].无损检测,2016,38(9):29-32.
【5】DU G F,HUO L S,KONG Q Z,et al.Damage detection of pipeline multiple cracks using piezoceramic transducers[J].Journal of Vibroengineering,2016,18(5):2828-2838.
【6】卢翔, 朱楚为,章建文,等.压电阻抗技术在焊缝裂纹监测中的应用[J].南京航空航天大学学报,2011,43(2):205-209.
【7】杜国锋, 吴方红,周博,等.基于压电阻抗方法的钢管裂纹损伤识别试验[J].武汉大学学报(工学版),2014,47(2):226-229,265.
【8】高源. 基于压电阻抗法的螺栓连接状态松动监测试验[J].无损检测,2019,41(10):29-31.
【9】王涛, 杨志武,邵俊华,等.基于压电阻抗技术的螺栓松动检测试验研究[J].传感技术学报,2014,27(10):1321-1325.
【10】常源隆, 董鸿祥,王强.紧固件连接失效的压电阻抗监测技术[J].无损检测,2017,39(8):11-15,21.
【11】WANG D S,WANG Q H,WANG H,et al.Experimental study on damage detection in timber specimens based on an electromechanical impedance technique and RMSD-based mahalanobis distance[J].Sensors,2016,16(10):1765.
【12】胡显燕. 基于压电阻抗技术的板结构损伤识别研究[D].武汉:华中科技大学,2018.
【13】郝佳佳. 基于压电阻抗技术和神经网络的空间结构螺栓球节点连接损伤识别方法研究[D].青岛:青岛理工大学,2018.
【14】陈刚, 许雨心,张大朋,等.基于压电阻抗技术的导管架平台的典型节点损伤检测试验研究[J].应用力学学报,2019,36(4):889-894,999.
【15】刘晓娜, 毛安,王卫滨,等.木构件内部裂缝损伤与2D应力波图像相关性研究[J].林产工业,2015,42(9):20-25.
【16】陈勇平, 李华,黎冬青,等.古建筑木材中应力波传播速度的影响因素[J].木材工业,2012,26(2):37-40.
【2】张东山, 张志忠,刘瑜,等.基于压电阻抗方法的油气管道裂纹损伤定量研究[J].工程力学,2016,33(1):232-237.
【3】李以农, 郑玲,闻邦椿.基于压电阻抗的结构缺陷评价方法的试验研究[J].力学与实践,2002,24(3):44-47.
【4】许斌, 李俊,李彦贺,等.基于压电阻抗测量的不规则钢骨混凝土柱界面剥离缺陷检测[J].无损检测,2016,38(9):29-32.
【5】DU G F,HUO L S,KONG Q Z,et al.Damage detection of pipeline multiple cracks using piezoceramic transducers[J].Journal of Vibroengineering,2016,18(5):2828-2838.
【6】卢翔, 朱楚为,章建文,等.压电阻抗技术在焊缝裂纹监测中的应用[J].南京航空航天大学学报,2011,43(2):205-209.
【7】杜国锋, 吴方红,周博,等.基于压电阻抗方法的钢管裂纹损伤识别试验[J].武汉大学学报(工学版),2014,47(2):226-229,265.
【8】高源. 基于压电阻抗法的螺栓连接状态松动监测试验[J].无损检测,2019,41(10):29-31.
【9】王涛, 杨志武,邵俊华,等.基于压电阻抗技术的螺栓松动检测试验研究[J].传感技术学报,2014,27(10):1321-1325.
【10】常源隆, 董鸿祥,王强.紧固件连接失效的压电阻抗监测技术[J].无损检测,2017,39(8):11-15,21.
【11】WANG D S,WANG Q H,WANG H,et al.Experimental study on damage detection in timber specimens based on an electromechanical impedance technique and RMSD-based mahalanobis distance[J].Sensors,2016,16(10):1765.
【12】胡显燕. 基于压电阻抗技术的板结构损伤识别研究[D].武汉:华中科技大学,2018.
【13】郝佳佳. 基于压电阻抗技术和神经网络的空间结构螺栓球节点连接损伤识别方法研究[D].青岛:青岛理工大学,2018.
【14】陈刚, 许雨心,张大朋,等.基于压电阻抗技术的导管架平台的典型节点损伤检测试验研究[J].应用力学学报,2019,36(4):889-894,999.
【15】刘晓娜, 毛安,王卫滨,等.木构件内部裂缝损伤与2D应力波图像相关性研究[J].林产工业,2015,42(9):20-25.
【16】陈勇平, 李华,黎冬青,等.古建筑木材中应力波传播速度的影响因素[J].木材工业,2012,26(2):37-40.
相关信息