view in publisher's site

Smart aggregates: multi-functional sensors for concrete structures—a tutorial and a review

This paper summarizes the authors' recent pioneering research work in piezoceramic-based smart aggregates and their innovative applications in concrete civil structures. The basic operating principle of smart aggregates is first introduced. The proposed smart aggregate is formed by embedding a waterproof piezoelectric patch with lead wires into a small concrete block. The proposed smart aggregates are multi-functional and can perform three major tasks: early-age concrete strength monitoring, impact detection and structural health monitoring. The proposed smart aggregates are embedded into the desired location before the casting of the concrete structure. The concrete strength development is monitored by observing the high frequency harmonic wave response of the smart aggregate. Impact on the concrete structure is detected by observing the open-circuit voltage of the piezoceramic patch in the smart aggregate. For structural health monitoring purposes, a smart aggregate-based active sensing system is designed for the concrete structure. Wavelet packet analysis is used as a signal-processing tool to analyze the sensor signal. A damage index based on the wavelet packet analysis is used to determine the structural health status. To better describe the time-history and location information of damage, two types of damage index matrices are proposed: a sensor-history damage index matrix and an actuator–sensor damage index matrix. To demonstrate the multi-functionality of the proposed smart aggregates, different types of concrete structures have been used as test objects, including concrete bridge bent-caps, concrete cylinders and a concrete frame. Experimental results have verified the effectiveness and the multi-functionality of the proposed smart aggregates. The multi-functional smart aggregates have the potential to be applied to the comprehensive monitoring of concrete structures from their earliest stages and throughout their lifetime.

مصالح هوشمند: سنسورهای چند منظوره برای سازه‌های بتنی - یک آموزش و بررسی

این مقاله، کار تحقیقاتی پیشگام اخیر نویسندگان در مصالح هوشمند مبتنی بر پیزو کرومیک و کاربردهای نوآورانه آن‌ها در سازه‌های شهری بتنی را خلاصه می‌کند. در ابتدا اصل عملیاتی اصلی مصالح هوشمند معرفی می‌شود. سنگ دانه‌های هوشمند پیشنهادی با قرار دادن یک قطعه پیزوالکتریک ضد آب با سیم‌های سربی در یک بلوک بتنی کوچک شکل می‌گیرد. مصالح هوشمند پیشنهادی چند منظوره هستند و می‌توانند سه وظیفه اصلی را انجام دهند: پایش مقاومت بتن در سنین پایین، تشخیص ضربه و پایش سلامت سازه. مصالح هوشمند پیشنهادی قبل از ریخته‌گری سازه بتنی، در محل مورد نظر تعبیه شده‌اند. توسعه مقاومت بتن با مشاهده پاسخ موج هارمونیک فرکانس بالا مصالح هوشمند نظارت می‌شود. تاثیر بر ساختار بتن با مشاهده ولتاژ مدار باز پچ پیزو کرامیک در سنگ دانه‌های هوشمند تشخیص داده می‌شود. برای اهداف پایش سلامت ساختاری، یک سیستم حسگر فعال مبتنی بر تراکم هوشمند برای سازه بتنی طراحی شده‌است. تجزیه و تحلیل بسته موجک به عنوان یک ابزار پردازش سیگنال برای تجزیه و تحلیل سیگنال سنسور استفاده می‌شود. شاخص آسیب مبتنی بر تحلیل بسته موجک برای تعیین وضعیت سلامت سازه استفاده می‌شود. برای توصیف بهتر تاریخچه زمانی و اطلاعات محل آسیب، دو نوع ماتریس شاخص آسیب ارائه شده‌است: ماتریس شاخص آسیب تاریخچه سنسور و ماتریس شاخص آسیب محرک سنسور. برای نشان دادن عملکرد چندگانه سنگدانه های هوشمند پیشنهادی، انواع مختلفی از سازه‌های بتنی به عنوان اشیا آزمایشی، از جمله سرپوش‌های پل بتنی، سیلندرهای بتنی و یک قاب بتنی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نتایج تجربی کارایی و عملکرد چندگانه مصالح هوشمند پیشنهادی را تایید کرده‌اند. مصالح هوشمند چند منظوره این پتانسیل را دارند که برای پایش جامع سازه‌های بتنی از مراحل اولیه و در طول عمر خود به کار گرفته شوند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Electrical and Electronic Engineering
  • ترجمه مقاله Electrical and Electronic Engineering
  • مقاله مهندسی برق و الکترونیک
  • ترجمه مقاله مهندسی برق و الکترونیک
  • مقاله General Materials Science
  • ترجمه مقاله General Materials Science
  • مقاله علوم مواد عمومی
  • ترجمه مقاله علوم مواد عمومی
  • مقاله Mechanics of Materials
  • ترجمه مقاله Mechanics of Materials
  • مقاله مکانیک مواد
  • ترجمه مقاله مکانیک مواد
  • مقاله Civil and Structural Engineering
  • ترجمه مقاله Civil and Structural Engineering
  • مقاله مهندسی عمران و طراحی ساختار
  • ترجمه مقاله مهندسی عمران و طراحی ساختار
  • مقاله Condensed Matter Physics
  • ترجمه مقاله Condensed Matter Physics
  • مقاله فیزیک ماده چگال
  • ترجمه مقاله فیزیک ماده چگال
  • مقاله Atomic and Molecular Physics, and Optics
  • ترجمه مقاله Atomic and Molecular Physics, and Optics
  • مقاله فیزیک اتمی، مولکولی و اپتیک
  • ترجمه مقاله فیزیک اتمی، مولکولی و اپتیک
  • مقاله Signal Processing
  • ترجمه مقاله Signal Processing
  • مقاله پردازش سیگنال
  • ترجمه مقاله پردازش سیگنال
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.