研究目的
利用嵌入式压电骨料和小波包能量分析量化水泥梁中的裂缝深度。
研究成果
采用环氧树脂密封的压电传感器（IPA）能有效降低采集信号中的串扰。基于小波包分析得到的加权包络能量指标（WPEI）可对裂缝深度进行线性表征，从而实现精确估算。嵌入式压电传感器有助于水泥基结构的实时健康监测。未来研究应探索自供电或无线压电骨料及定向换能器以扩大检测范围。
研究不足
压电聚合体需要电线供电，从而引发布线问题。弹性波的发散传播可能导致能量损耗以及在结构边界处产生多次反射，阻碍信号解读。该研究聚焦于水泥梁的中跨裂缝，可能无法推广至其他损伤类型或结构。
1：实验设计与方法选择：
研究采用压电骨料作为激励与接收元件的投捕模式，运用小波包分析进行信号分解与能量计算，数值模拟通过Abaqus显式有限元分析完成。
2：样本选择与数据来源：
使用含中跨人工裂缝（深度0-55毫米，以5毫米为增量）的水泥梁（500×100×100毫米），数据源自数值模拟与实验测量。
3：实验设备与材料清单：
设备包括D-Space数据采集系统、电荷放大器、笔记本电脑及压电骨料（TPA和IPA）；材料包含硅酸盐水泥、PZT贴片、环氧树脂、PMMA管及钢模。
4：实验流程与操作规范：
IPA通过将PZT贴片密封于PMMA管内的环氧树脂中制备，梁体浇筑时预埋骨料，激发并接收90千赫兹脉冲弹性波，信号采样率实验为200千赫兹/数值为1亿赫兹。
5：数据分析方法：
对信号进行小波包分解（Harr小波，三级），累加信号分量能量形成WPEI，采用线性回归建立WPEI与裂缝深度的关联。
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Piezoelectric Aggregate
IPA
Act as actuator and receiver for elastic waves in structural health monitoring
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Piezoelectric Aggregate
TPA
Traditional version for comparison, acts as actuator and receiver
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PZT Patch
Piezoelectric ceramic used in aggregates for wave generation and reception
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Data Acquisition System
D-Space
Coordinate wave excitation and reception, transform digital signals to electric voltage
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Charge Amplifier
Amplify signals from piezoelectric aggregates
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Finite Element Software
Abaqus explicit
Numerical simulation of wave propagation and damage
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Software
Matlab
Code wavelet packet decomposition and calculate WPEI
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