基于压电导波的钢梁损伤检测实验

王丹生， 张富成

(华中科技大学 土木工程与力学学院， 湖北 武汉 430074)

众所周知，现在土木工程项目都朝着大型化、复杂化和美观化方向发展，工程施工难度大，安全系数高，设计使用年限长。项目服役期间，结构会受到各种荷载的作用，不可避免地会出现各种损伤，而对损伤进行及时检测和处理，可提高结构的安全性、适用性和耐久性。如今，结构的损伤检测已成为土木工程的研究热点。

一般而言，结构损伤检测内容包括：判断损伤是否存在；若存在，确定损伤位置和判定损伤程度[1]。对结构进行损伤检测的方法有很多，随着材料科学的发展，近年来出现了很多无损检测技术，如阻抗法、导波法等[2]，其中导波法因其设备要求低，操作快捷方便，检测范围广、深度大、灵敏度高等优势被较多采用。国外学者采用压电陶瓷片(piezoelectric ceramic transducer，PZT)发射激励导波对板状结构进行损伤定位，并将该技术应用于检测机器等的损伤，取得较好的结果[3～5]。国内也对激励导波进行研究[6]，并选取合适的导波信号对混凝土[7～9]和钢梁[10]进行损伤检测，并用软件对钢梁损伤检测进行了数值模拟[11]。本文采用导波法对钢梁进行结构损伤检测实验研究。

1 Lamb波频散曲线和激励导波选取

本节首先介绍PZT片发射和接收导波信号的原理——压电效应，然后利用MATLAB求出本实验钢梁的群(相)速度频散曲线，并基于频散曲线，对本实验的激励导波信号进行选取。

1.1 PZT片的压电效应

压电效应是PZT片的一个重要智能特性，包括正逆两种压电效应。……