I. Tổng quan về vật liệu áp điện và ứng dụng
Vật liệu áp điện là một trong những vật liệu thông minh được sử dụng rộng rãi trong cả đời sống và kỹ thuật. Hiệu ứng áp điện được phát hiện bởi Pierre và Jacques Curie năm 1880, bao gồm hai loại chính: hiệu ứng áp điện thuận và hiệu ứng áp điện ngược. Hiệu ứng áp điện thuận cho phép vật liệu tạo ra điện tích khi chịu tác động cơ học, trong khi hiệu ứng áp điện ngược cho phép vật liệu biến dạng khi được cấp điện. Hai loại vật liệu áp điện phổ biến là gốm áp điện (PZT) và polyme áp điện (PVDF). PZT được sử dụng làm bộ kích động và cảm biến, trong khi PVDF chủ yếu được dùng làm cảm biến. Ứng dụng của vật liệu áp điện rất đa dạng, từ y tế, giao thông vận tải đến các thiết bị điện tử và nghiên cứu vũ trụ.
1.1. Hiệu ứng áp điện và vật liệu thông minh
Hiệu ứng áp điện là cơ sở để xác định vật liệu thông minh, vì chúng có khả năng tự cảm nhận và điều chỉnh trạng thái. Vật liệu áp điện không chỉ cảm nhận được tác động bên ngoài mà còn có thể thay đổi trạng thái để thích ứng. Điều này làm cho chúng trở thành công cụ lý tưởng trong các ứng dụng như cảm biến và bộ kích động. Gốm áp điện (PZT) và polyme áp điện (PVDF) là hai loại vật liệu áp điện được sử dụng phổ biến nhất, với PZT có khả năng phục hồi biến dạng lên đến 0,1%.
1.2. Ứng dụng của vật liệu áp điện
Vật liệu áp điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong y tế, chúng được sử dụng để phá máu đông và trong các thiết bị phẫu thuật. Trong giao thông vận tải, vật liệu áp điện được dùng để chế tạo động cơ áp điện và các thiết bị siêu nhỏ. Trong điện tử, chúng được tích hợp vào các thiết bị thông minh như điện thoại và đầu dò khí. Ngoài ra, vật liệu áp điện còn được sử dụng trong nghiên cứu vũ trụ và các ứng dụng công nghệ cao.
II. Ứng dụng vật liệu áp điện trong đánh giá trạng thái kỹ thuật công trình
Vật liệu áp điện đóng vai trò quan trọng trong đánh giá trạng thái kỹ thuật công trình, đặc biệt là trong việc phát hiện và chẩn đoán các khuyết tật trong kết cấu. Phương pháp thử nghiệm động, sử dụng vật liệu áp điện để tạo kích động và đo đạc đáp ứng, là một trong những phương pháp hiệu quả nhất. Luận án tập trung vào việc nghiên cứu dầm FGM áp điện có vết nứt, sử dụng phương pháp đường đồng mức áp điện để chẩn đoán vết nứt. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng cao của vật liệu áp điện trong việc đảm bảo an toàn và nâng cao tuổi thọ công trình.
2.1. Phương pháp thử nghiệm động
Phương pháp thử nghiệm động là một trong những phương pháp hiệu quả nhất trong đánh giá trạng thái kỹ thuật công trình. Phương pháp này bao gồm việc tạo kích động cơ học bằng vật liệu áp điện và đo đạc đáp ứng của kết cấu. Dữ liệu thu được được phân tích để phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn. Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc chẩn đoán các vết nứt trong kết cấu dầm.
2.2. Chẩn đoán vết nứt trong dầm FGM áp điện
Luận án tập trung vào việc nghiên cứu dầm FGM áp điện có vết nứt, sử dụng phương pháp đường đồng mức áp điện để chẩn đoán vết nứt. Mô hình dầm FGM được xây dựng với các tham số vật liệu biến thiên liên tục, và vết nứt được mô tả bằng mô hình lò xo tương đương. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng ứng dụng cao của phương pháp này trong việc phát hiện và đánh giá vết nứt trong kết cấu công trình.
III. Kết quả nghiên cứu và đóng góp của luận án
Luận án đã đạt được những kết quả nghiên cứu quan trọng, bao gồm việc xây dựng mô hình độ cứng động của dầm FGM có lớp áp điện và ứng dụng để tính toán dao động của dầm. Ngoài ra, luận án cũng đã phát triển phương pháp đường đồng mức áp điện để chẩn đoán vết nứt trong dầm FGM. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong các bài báo khoa học quốc tế và trong nước, góp phần vào sự phát triển của lĩnh vực kỹ thuật công trình và công nghệ vật liệu.
3.1. Mô hình độ cứng động của dầm FGM
Luận án đã xây dựng thành công mô hình độ cứng động của dầm FGM có lớp áp điện. Mô hình này được sử dụng để tính toán dao động của dầm và nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số vật liệu đến tần số riêng của dầm. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phụ thuộc rõ rệt của tần số dao động vào vị trí và độ sâu vết nứt.
3.2. Phương pháp đường đồng mức áp điện
Phương pháp đường đồng mức áp điện được phát triển trong luận án để chẩn đoán vết nứt trong dầm FGM. Phương pháp này sử dụng các đặc trưng cơ điện của dầm để xác định vị trí và độ sâu vết nứt. Kết quả thử nghiệm số cho thấy độ chính xác cao của phương pháp này trong việc chẩn đoán vết nứt.
