Piezoelectric Materials

Applications in SHM, Energy Harvesting and Biomechanics
 
 
Standards Information Network (Verlag)
  • erschienen am 2. Dezember 2016
  • |
  • 300 Seiten
 
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978-1-119-26512-2 (ISBN)
 
Piezoelectric materials are attracting significant research efforts and resources worldwide. The major thrust areas include structural health monitoring, bio-mechanics, bio-medicine and energy harvesting. Engineering and technological applications of this smart material warrants multi-dimensional theoretical and experimental knowledge and expertise in fields of mechanics, instrumentation, digital electronics and information technology, over and above the specific domain knowledge. This book presents, from theory to practice, the application of piezoelectric smart materials in engineering domains such as structural health monitoring (SHM), bio-mechanics, bio-medical engineering and energy harvesting.
1. Auflage
  • Englisch
  • New York
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  • Großbritannien
John Wiley & Sons Inc
  • Für Beruf und Forschung
  • 17,65 MB
978-1-119-26512-2 (9781119265122)
weitere Ausgaben werden ermittelt
Dr. Suresh Bhalla, Associate Professor, Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology Delhi, New Delhi, India
Dr. Sumedha Moharana, Assistant Professor, Department of Civil Engineering, School of Engineering, Shiv Nader University, Uttar Pradesh, India
Dr. Visalakshi Talakokula, Associate Professor, Department of Civil Engineering, Galgotias University,Uttar Pradesh, India
Dr. Naveet Kaur, Senior Project Scientist, Department of Civil Engineering, Indian Institute of Technology Delhi, New Delhi, India
1 - Cover [Seite 1]
2 - Title Page [Seite 5]
3 - Copyright [Seite 6]
4 - Preface [Seite 7]
5 - Acknowledgements [Seite 9]
6 - Contents [Seite 11]
7 - 1. Introduction [Seite 15]
7.1 - 1.1 What are 'Smart Materials'? [Seite 15]
7.2 - 1.2 'Smartness' of Piezoelectric Materials [Seite 16]
7.3 - 1.3 Structural Health Monitoring and Non-Destructive Evaluation [Seite 17]
7.4 - 1.4 Piezoelectric Energy Harvesting [Seite 18]
7.5 - 1.5 Extension of SHM Technologies to Bio-mechanics and Bio-medical Engineering [Seite 19]
7.6 - 1.6 Concluding Remarks [Seite 19]
8 - 2. Piezo-Transducers forStructural Health Monitoring andNon-Destructive Evaluation [Seite 21]
8.1 - 2.1 Introduction [Seite 21]
8.2 - 2.2 More About Piezoelectric Materials [Seite 23]
8.2.1 - 2.2.1 Mathematical Formulations [Seite 23]
8.2.2 - 2.2.2 Practical Aspects [Seite 27]
8.3 - 2.3 Piezo-Patch as Dynamic Strain Sensor for SHM [Seite 28]
8.4 - 2.4 Electro-Mechanical Impedance (EMI) Technique for SHM and NDE [Seite 33]
8.4.1 - 2.4.1 EMI Technique: Theory [Seite 35]
8.4.2 - 2.4.2 EMI technique: Practical aspects [Seite 38]
8.5 - 2.5 Development of 2D Impedance Models [Seite 42]
8.6 - 2.6 Structural Impedance Extraction and System Identification [Seite 47]
8.7 - 2.7 EMI Technique: Hardware Related Developments [Seite 52]
8.8 - 2.8 New Variants of EMI Technique [Seite 54]
8.9 - 2.9 Summary and Concluding Remarks [Seite 57]
9 - 3. Piezo Bond-StructureElasto-Dynamic Interaction:Refined Model [Seite 59]
9.1 - 3.1 Introduction [Seite 59]
9.2 - 3.2 Review of Shear Lag Effect and Early Models [Seite 60]
9.3 - 3.3 Refined Model: 1D Case [Seite 65]
9.4 - 3.4 Extension of Refined Shear Lag Formulations to 2D [Seite 68]
9.5 - 3.5 Effect of Inclusion of Adhesive Mass [Seite 76]
9.6 - 3.6 Summary and Concluding Remarks [Seite 79]
10 - 4. Piezo-Structure Elasto-DynamicInteraction: Continuum Model [Seite 81]
10.1 - 4.1 Introduction [Seite 81]
10.2 - 4.2 Admittance Formulations Based on Continuum Approach [Seite 82]
10.3 - 4.3 Experimental Verification [Seite 84]
10.4 - 4.4 Parametric Study Based on Continuum Approach [Seite 88]
10.5 - 4.5 Effect of Adhesive Mass [Seite 92]
10.6 - 4.6 Summary and Concluding Remarks [Seite 94]
11 - 5. Fatigue DamageMonitoring in Steel JointsUsing Piezo-Transducers [Seite 95]
11.1 - 5.1 Introduction [Seite 95]
11.2 - 5.2 Experimental Details [Seite 97]
11.3 - 5.3 Statistical Analysis of Conductance Signatures [Seite 103]
11.4 - 5.4 Fatigue Life Assessment Using Equivalent Stiffness Parameter (ESP) Identified by Piezo-Transducers [Seite 113]
11.5 - 5.5 Summary and Concluding Remarks [Seite 124]
12 - 6. Chloride InducedRebar Corrosion MonitoringUsing Piezo-Transducers [Seite 127]
12.1 - 6.1 Introduction [Seite 127]
12.2 - 6.2 Rebar Corrosion in RC Structures [Seite 128]
12.3 - 6.3 Experimental Study: Specimen Preparation [Seite 131]
12.4 - 6.4 Accelerated Chloride Induced Corrosion Exposure [Seite 133]
12.5 - 6.5 Analysis Based on Equivalent Structural Parameters [Seite 140]
12.6 - 6.6 Calibration of Equivalent Parameters [Seite 144]
12.6.1 - 6.6.1 Equivalent Stiffness Parameter (ESP) [Seite 144]
12.6.2 - 6.6.2 Equivalent Mass Parameter (EMP) for Corrosion Rates [Seite 147]
12.7 - 6.7 Summary and Concluding Remarks [Seite 151]
13 - 7. Carbonation InducedCorrosion MonitoringUsing Piezo-Transducers [Seite 153]
13.1 - 7.1 Introduction [Seite 153]
13.2 - 7.2. Accelerated Carbonation Tests: Experimental Procedure [Seite 154]
13.3 - 7.3 Equivalent Stiffness Parameters (ESP) [Seite 160]
13.4 - 7.4 Equivalent Mass Parameter (EMP) [Seite 163]
13.5 - 7.5 Correlation with Microscopic Image Analysis [Seite 164]
13.6 - 7.6 Summary and Concluding Remarks [Seite 166]
14 - 8. Piezoelectric Energy Harvesting:Analytical Models [Seite 169]
14.1 - 8.1 Introduction [Seite 169]
14.2 - 8.2 Evolution and Recent Advances in Piezoelectric Energy Harvesting [Seite 171]
14.3 - 8.3 Piezoelectric Energy Harvesting Devices [Seite 173]
14.4 - 8.4 Piezoelectric Energy Harvesting (PEH) Model for Surface Bonded PZT Patch [Seite 176]
14.4.1 - 8.4.1 Losses Associated with Surface-Bonded PZT Patch [Seite 179]
14.4.2 - 8.4.2 Comparison of Analytical and Experimental Results [Seite 181]
14.5 - 8.5 PEH Model for Embedded PZT Patch [Seite 185]
14.5.1 - 8.5.1 Details of CVS [Seite 185]
14.5.2 - 8.5.2 Coupled Electro-Mechanical Model for CVS [Seite 186]
14.5.3 - 8.5.3 Comparison of Voltage Response of Surface-Bonded and Embedded PZT Patches [Seite 192]
14.6 - 8.6 Energy Harvesting: Power Measurement Across Surface-Bonded and Embedded PZT Patch [Seite 200]
14.6.1 - 8.6.1 Power Measurement Across Surface-Bonded PZT Patch [Seite 203]
14.6.2 - 8.6.2 Power Measurement Across Embedded CVS [Seite 204]
14.7 - 8.7 Concluding Remarks [Seite 206]
15 - 9. Energy Harvesting UsingThin PZT Patches onReal-Life Structures [Seite 207]
15.1 - 9.1 Introduction [Seite 207]
15.2 - 9.2 Integrated SHM and Energy Harvesting by PZT Patches [Seite 208]
15.3 - 9.3 Feasibility of PEH From Typical City Flyover: Semi Analytical Study [Seite 210]
15.4 - 9.4 Extension to Existing Real-Life Bridges/Flyovers [Seite 215]
15.4.1 - 9.4.1 Steel Bridges [Seite 216]
15.4.2 - 9.4.2 RC Bridges [Seite 216]
15.4.3 - 9.4.3 Computation of Charging Time [Seite 218]
15.5 - 9.5 Summary and Concluding Remarks [Seite 219]
16 - 10. Extension of Structural Health Monitoring Technologies to Bio-mechanics and Bio-medical Engineering [Seite 221]
16.1 - 10.1 Introduction [Seite 221]
16.2 - 10.2 Plantar Pressure Measurement [Seite 226]
16.3 - 10.3 Instrumentation Details [Seite 228]
16.4 - 10.4 Experimentation on Human Subject [Seite 232]
16.5 - 10.5 Summary and Concluding Remarks [Seite 238]
17 - 11. Piezoelectric Materials: What Lies in Future? [Seite 239]
17.1 - 11.1 Introduction [Seite 239]
17.2 - 11.2 Newer Versions of Piezoelectric Materials [Seite 239]
17.3 - 11.3 Advances in SHM [Seite 240]
17.4 - 11.4 Advances in Energy Harvesting [Seite 241]
17.5 - 11.5 Advances in Bio-Medical Engineering [Seite 242]
17.6 - 11.6 Educational Aspects of Piezoelectric Materials [Seite 244]
17.7 - 11.7 Summary and Concluding Remarks [Seite 247]
18 - Appendix-A [Seite 249]
18.1 - 1D Admittance Formulations [Seite 249]
19 - Appendix-B [Seite 253]
19.1 - 2D Effective Impedance Formulations [Seite 253]
20 - Appendix-C [Seite 257]
20.1 - Shear Lag Model of Bhalla and Soh (2004c) [Seite 257]
20.1.1 - 1D Case [Seite 257]
20.1.2 - 2D Case [Seite 262]
21 - References [Seite 267]
22 - Index [Seite 283]
23 - EULA [Seite 290]

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