基于压电晶片主动传感器的结构健康监测

本书首先详细介绍了与压电结构健康监测（StructuralHealthMonitoring，SHM）有关的基础理论知识，内容覆盖结构断裂及失效的基础知识、有关的压电材料的及其性质、不同结构中的振动模式以及SHM中不同条件下的不同波的类型和其应用于实际结构中存在的挑战，介绍了压电主动式传感器（PiezoelectricWaferActiveSensors，PWAS）的相关内容，包括其基本原理及应用，介绍了如何理解传感器信号模式，如不同的波形，包括分析方法（快速傅里叶变换、短时傅里叶变换和小波变换），接下来，本书从理论过渡到实际，给出了利用PWAS来检测和量化结构中的损伤的综合应用。

维克托·久汣楚，美国南卡罗来纳大学机械工程系教授，主动材料和智能结构实验室主任，英国皇家航空学会会士、美国机械工程师学会会士。长期从事结构健康监测、智能结构领域的研究，被评为2003年度靠前结构健康监测年度人物、2016年靠前无损检测终身成就奖，靠前知名学者。至今已出版著作7部，发表l00余篇高水平期刊论文。

译者的话
第1章 绪论 1
1.1 结构健康监测基础和概念 1
1.2 结构的断裂与失效 2
1.3 飞机结构完整性大纲 6
1.4 基于SHM的优化诊断和预测 11
1.5 关于本书 12
参考文献 13
第2章 电主动和磁主动材料 14
2.1 引言 14
2.2 压电效应 14
2.3 压电现象 21
2.4 钙钛矿陶瓷 22
2.5 压电聚合物 29
2.6 磁致伸缩材料 30
2.7 总结 32
2.8 问题和练习 33
参考文献 33
第3章 振动基础 34
3.1 引言 34
3.2 单自由度振动分析 34
3.3 杆的轴向振动 52
3.4 梁的弯曲振动 69
3.5 轴的扭转振动 85
3.6 弹性长条的水平剪切振动 88
3.7 梁的垂直剪切振动 91
3.8 总结 92
3.9 问题和练习 92
参考文献 94
第4章 板的振动 95
4.1 引言 95
4.2 板振动的弹性方程 95
4.3 矩形板的轴向振动 95
4.4 圆板的轴向振动 98
4.5 矩形板的弯曲振动 108
4.6 圆板的弯曲振动 118
4.7 总结 131
4.8 问题和练习 131
参考文献 132
第5章 弹性波 133
5.1 引言 133
5.2 固体和结构中的弹性波传播概述 133
5.3 杆中的轴向波 134
5.4 梁中的弯曲波 155
5.5 轴中的扭转波 173
5.6 长条中的水平剪切波 173
5.7 梁中的纵向剪切波 175
5.8 板波 175
5.9 平面波、球波和环形波波阵面 186
5.10 无限大弹性介质中的体波 192
5.11 总结 201
5.12 问题和练习 201
参考文献 204
第6章 导波 205
6.1 引言 205
6.2 Rayleigh波 205
6.3 SH板波 209
6.4 Lamb波 215
6.5 环形峰Lamb波 229
6.6 板中导波的概述 244
6.7 管和壳中的导波 247
6.8 总结 250
6.9 问题和练习 251
参考文献 251
第7章 压电晶片主动传感器 252
7.1 引言 252
7.2 PWAS驱动器 253
7.3 PWAS应力和应变测量 258
7.4 厚度对PWAS激励与传感的影响 263
7.5 基于PWAS的振动传感 264
7.6 基于PWAS的波传感 267
7.7 PWAS的安装与质量检查 269
7.8 PWAS的耐久性和存活能力 274
7.9 PWAS在SHM中的典型应用 278
7.10 总结 280
7.11 问题和练习 280
参考文献 281
第8章 PWAS与被监测结构的耦合 282
8.1 引言 282
8.2 1-D剪切层耦合分析 283
8.3 矩形PWAS的2-D剪切滞分析 293
8.4 圆形PWAS的剪切层分析 302
8.5 PWAS与结构间的能量传递 309
8.6 总结 319
8.7 问题和练习 319
参考文献 320
第9章 PWAS谐振器 321
9.1 引言 321
9.2 1-DPWAS谐振器 321
9.3 圆形PWAS谐振器 341
9.4 PWAS谐振器的耦合场分析 351
9.5 有约束的PWAS354
9.6 总结 365
9.7 问题和练习 365
参考文献 366
第10章 基于PWAS的模态传感器高频振动SHM——机电阻抗法 367
10.1 引言 367
10.2 基于PWAS的1-D模态传感器 370
10.3 基于PWAS的2-D圆形模态传感器 382
10.4 基于PWAS的模态传感器的损伤检测 390
10.5 基于PWAS的模态传感器耦合场FEM分析 407
10.6 总结 411
10.7 问题和练习 411
参考文献 412
第11章 基于PWAS的波调制 413
11.1 引言 413
11.2 基于PWAS的轴向波调制 413
11.3 基于PWAS的弯曲波调制 417
11.4 基于1-DPWAS的Lamb波调制 422
11.5 基于圆形PWAS的Lamb波调制 431
11.6 圆形PWAS调制分析中的Hankel变换 439
11.7 PWASLamb波调制的实验验证 447
11.8 矩形PWAS的方向性 455
11.9 总结 461
11.10 问题和练习 461
参考文献 463
第12章 基于PWAS的导波SHM464
12.1 引言 464
12.2 1-D建模与实验 471
12.3 2-DPWAS波传播实验 481
12.4 基于PWAS的嵌入式一发一收超声检测 486
12.5 基于PWAS的嵌入式脉冲回波超声检测 491
12.6 PWAS时间反转方法 493
12.7 偏移技术 506
12.8 基于PWAS的被动声波传感器 506
12.9 总结 509
12.10 问题和练习 510
参考文献 511
第13章 基于PWAS的在线相控阵方法 512
13.1 引言 512
13.2 传统超声NDE中的相控阵 513
13.3 1-D线性PWAS相控阵 515
13.4 线性PWAS阵列的进一步实验 525
13.5 PWAS相控阵波束成型的优化 538
13.6 PWAS相控阵的通用公式 547
13.7 2-D平面PWAS相控阵研究 555
13.8 2-D嵌入式超声结构雷达 560
13.9 基于矩形PWAS阵列的损伤检测实验 566
13.10 基于傅里叶变换的相控阵分析 572
13.11 总结 583
13.12 问题和练习 583
参考文献 584
第14章 基于PWAS的SHM信号处理与模式识别 585
14.1 引言 585
14.2 损伤识别理论及进展 585
14.3 从傅里叶变换到短时傅里叶变换 590
14.4 小波分析 596
14.5 神经网络 611
14.6 特征提取 618
14.7 基于E/M阻抗的PWAS损伤检测算法 620
14.8 总结 621
14.9 问题和练习 622
参考文献 622
第15章 基于PWAS的多种SHM案例：实验信号中的损伤因子 623
15.1 引言 623
15.2 案例1：基于E/M阻抗的圆板损伤检测 623
15.3 案例2：老龄飞行器壁板中的损伤检测 642
15.4 总结 654
参考文献 655
注释表 656
缩略词 666
重要词汇 668
附录A 数学预备知识 678
附录B 弹性符号和公式 679
彩图 680