用于混凝土結(jié)構(gòu)探傷的PZT型鋼筋的數(shù)值模擬

衣娟，吳凡

（上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海200240）

用于混凝土結(jié)構(gòu)探傷的PZT型鋼筋的數(shù)值模擬

衣娟，吳凡

（上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海200240）

基于PZT的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，為了研究基于導(dǎo)向波法的PZT型鋼筋結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)機(jī)理，并進(jìn)一步優(yōu)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用有限元軟件ANSYS對(duì)PZT型鋼筋構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。選取合適的材料參數(shù)、單元類(lèi)型和網(wǎng)格尺寸等，建立精細(xì)化的軸對(duì)稱(chēng)有限元模型進(jìn)行機(jī)電耦合分析；將模擬結(jié)果與之前所做試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，精確的吻合度驗(yàn)證了有限元模擬的準(zhǔn)確性，為損傷機(jī)理分析和試驗(yàn)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)；改變模型中PZT與鋼筋的接觸方式，輸出信號(hào)值是原模型信號(hào)的5倍左右，進(jìn)而提出增強(qiáng)系統(tǒng)輸出信號(hào)的優(yōu)化方法。通過(guò)此研究，得出可通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)PZT型鋼筋探傷系統(tǒng)進(jìn)行分析并得到改進(jìn)系統(tǒng)以增加信號(hào)的方法。

鋼筋；健康監(jiān)測(cè)；數(shù)值模擬；PZT

近年來(lái)，隨著結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，基于PZT的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)法也取得了較理想的效果。按其原理可分為三大類(lèi)：基于壓電阻抗法、基于振動(dòng)特性法以及基于導(dǎo)向波法。朱勁松等［1］對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別進(jìn)行數(shù)值模擬，建立了導(dǎo)向波的特征值和結(jié)構(gòu)損傷形式之間的關(guān)系。Saafi M.和余璟等［2?3］用壓電阻抗法和振動(dòng)特性法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，但發(fā)現(xiàn)其僅對(duì)結(jié)構(gòu)局部損傷敏感，難以應(yīng)用到大型工程結(jié)構(gòu)中。

基于導(dǎo)向波的方法最初由F.Chang等［4］提出，F(xiàn) Wu等［5?6］將這種方法運(yùn)用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。這種方法首次將PZT埋入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，用PZT作為激勵(lì)器和傳感器實(shí)時(shí)發(fā)射和采集導(dǎo)向應(yīng)力波，形成主動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探傷。該研究進(jìn)行了試驗(yàn)及初步的理論研究，其中試驗(yàn)用鋼筋的截面直徑19 mm、長(zhǎng)度648 mm，沿鋼筋長(zhǎng)度方向?qū)ΨQ(chēng)布置8個(gè)圓形PZT片，分別作為信號(hào)的激勵(lì)器和傳感器，其間距為406 mm，并由含銀環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)固定在鋼筋上。所有PZT采用對(duì)稱(chēng)布置以使鋼筋上只傳播縱向P波；輸入信號(hào)為中心頻率90 kHz、最大電壓200 V的五波形窄頻瞬時(shí)波，這種波形易于識(shí)別并可減少散射［5］。在傳感器得到輸出信號(hào)后，利用波形的幅值，判斷被埋入的結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。此研究證明了基于PZT的導(dǎo)向波法能夠探測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫破壞和混凝土的脫筋損傷，并且導(dǎo)向應(yīng)力波的強(qiáng)度隨著裂縫或脫筋的增加呈指數(shù)式上升［5?6］。

盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者［7?8］在運(yùn)用PZT進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)取得了一定的研究成果，但是無(wú)論試驗(yàn)或模擬均存在輸出信號(hào)較小的問(wèn)題。由于PZT機(jī)電耦合效應(yīng)及應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中3D傳播的復(fù)雜性，使得對(duì)該結(jié)構(gòu)探傷機(jī)理的解析分析非常困難。大型有限元軟件如ANSYS提供了PZT機(jī)電耦合分析功能，因此本研究運(yùn)用AN?SYS對(duì)埋入混凝土的PZT型鋼筋進(jìn)行數(shù)值模擬分析，以精準(zhǔn)的數(shù)值模擬分析應(yīng)力波在鋼筋和PZT上的傳播方式，并利用該模型使用參數(shù)分析法找到增強(qiáng)PZT型鋼筋輸出信號(hào)的優(yōu)化方案，為實(shí)際制作PZT型鋼筋及其混凝土損傷監(jiān)測(cè)試驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。

利用有限元法模擬基于PZT的混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究中大多對(duì)構(gòu)件建立三維有限元模型，S.Han等［9］對(duì)基于PZT的板結(jié)構(gòu)建立三維有限元模型進(jìn)行損傷分析；F.Song和朱勁松等［1，10］對(duì)粘有PZT的混凝土展開(kāi)三維數(shù)值損傷模擬研究；由于三維有限元模型較為復(fù)雜、單元數(shù)量多并需采用隱式瞬態(tài)動(dòng)力分析，故上述模型多為結(jié)構(gòu)的局部模擬并均忽略了連接PZT與構(gòu)件的黏膠層。為克服三維建模的復(fù)雜及低效，在考慮了鋼筋的幾何對(duì)稱(chēng)性，本文建立二維軸對(duì)稱(chēng)模型，該模型包含了鋼筋、PZT及鋼筋與PZT底部之間極細(xì)的黏膠層，準(zhǔn)確模擬了實(shí)際試驗(yàn)條件；此外，通過(guò)對(duì)比分析得到合理的網(wǎng)格尺寸，對(duì)模型關(guān)鍵部位（如PZT處）進(jìn)一步細(xì)化剖分，使模擬結(jié)果更加精確。

1 數(shù)值模擬

1.1 模型概況

采用有限元軟件ANSYS14.0建立有限元模型，模擬粘有PZT的鋼筋構(gòu)件。該模型采用二維軸對(duì)稱(chēng)方法建模（如圖1所示），只建立鋼筋平面幾何尺寸的1／2。

圖1 極化方向坐標(biāo)轉(zhuǎn)換Fig.1 Coordinate transformation for different polariza?tion direction

為了使模型更加接近實(shí)際試件，在鋼筋與PZT底部之間建立黏膠層，較準(zhǔn)確地模擬了PZT與鋼筋的連接方式，鋼筋和含銀環(huán)氧樹(shù)脂黏膠層均選用PLANE82結(jié)構(gòu)單元，PZT選用PLANE223耦合單元；在作為激勵(lì)器的PZT上下表面2個(gè)電極上施加電勢(shì)差為Vin的耦合電壓（Vin為圖1中所示五波形輸入信號(hào)，其電壓幅值為200 V）；選擇直接耦合場(chǎng)的分析方法進(jìn)行壓電耦合場(chǎng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。

1.2 阻尼的選擇

選用Rayleigh阻尼為其數(shù)值阻尼，阻尼表達(dá)式為

式中：ζi為Rayleigh阻尼值，α為質(zhì)量矩陣乘數(shù)，β為剛度矩陣乘數(shù)，ωi為相應(yīng)荷載步激勵(lì)下的主頻。在高頻情況下僅β起作用，而本模型外加電壓頻率為高頻（90 kHz），所以剛度矩陣乘數(shù)β使用式（2）確定：

根據(jù)材料動(dòng)力學(xué)性質(zhì)［12］，鋼材的ζi應(yīng)在0.000 01～0.000 15（因此試驗(yàn)中鋼筋的阻尼選為ζi＝0.000 1），但有限元計(jì)算中若如此選擇阻尼，將會(huì)產(chǎn)生不可忽略的數(shù)值噪音［13］。為抑制這種數(shù)值噪音，在模型中添加了人為的阻尼。最終，選擇ζi為0.003進(jìn)行模擬分析，由式（2）可計(jì)算得到剛度矩陣乘數(shù)β作為有限元分析的阻尼參數(shù)。

1.3 PZT材料常數(shù)

試驗(yàn)材料APT?850［14］的PZT材料參數(shù)基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)，其極化方向沿z軸方向，并且材料參數(shù)輸入順序?yàn)閤、y、z、yz、xz、xy；而ANSYS中軸對(duì)稱(chēng)有限元模型的極化方向沿x軸方向，輸入順序?yàn)閤、y、z、xy、yz、xz。因此需要將剛度矩陣、壓電常數(shù)矩陣和介電常數(shù)矩陣等PZT材料常數(shù)先進(jìn)行坐標(biāo)變換如圖1所示，然后將變換后的矩陣按照ANSYS中材料參數(shù)輸入順序進(jìn)行行列調(diào)整［15］，模擬中所用的材料參數(shù)如表1所示。

表1 模擬中所用材料參數(shù)Table1 Material properties in simulation

1.4 剖分網(wǎng)格尺寸

為了保證計(jì)算結(jié)果具有足夠的精度，并使模擬分析所產(chǎn)生的數(shù)值結(jié)果收斂，應(yīng)以適當(dāng)大小的網(wǎng)格剖分模型。利用有限元模擬波的傳播過(guò)程，沿波擴(kuò)展方向一個(gè)波長(zhǎng)應(yīng)剖分出不少于20個(gè)單元的尺寸網(wǎng)格［16］，具體尺寸由式（3）確定：

式中：lε為單元尺寸，λmin為所考慮的最小波長(zhǎng)，計(jì)算得到單元尺寸為0.9 mm，而本模型中最大的網(wǎng)格為0.7 mm，滿(mǎn)足要求。為得到更加精確的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比研究，在模型的PZT處細(xì)劃網(wǎng)格以形成電窗網(wǎng)格，而其兩側(cè)采用與PZT區(qū)域尺寸相同的電窗網(wǎng)格［17］，單元尺寸為PZT的2倍，其電窗網(wǎng)格如圖2所示。

圖2 粘有PZT的鋼筋網(wǎng)格示意圖Fig.2 Mesh design of a steel rebar with PZTs

2 數(shù)值仿真結(jié)果

2.1 有限元結(jié)果處理

圖3為有限元計(jì)算得到的輸出傳感器（PZT）外表面電壓分布，可以看出PZT表面各節(jié)點(diǎn)電壓的幅值呈拋物線分布：位于PZT中部的電壓幅值最大，電壓幅值隨著向兩端的延伸而不斷減小，這主要是由于有限元分析是將物體分為離散的單元，并且電壓片兩側(cè)與鋼筋有微小的空隙，在使此分布狀態(tài)下，PZT中的應(yīng)力波由其底部通過(guò)鋼筋及黏膠層的剪切應(yīng)力波傳遞產(chǎn)生，導(dǎo)致壓電片上的各個(gè)單元受力不均勻。為使其表面電壓一致，在模型中耦合PZT表面電壓自由度，得到電壓的輸出幅值為0.103 V。

圖3 PZT表面各節(jié)點(diǎn)幅值分布圖Fig.3 Voltage distribution on the nodes of PZT

由于加大了人為阻尼來(lái)抑制數(shù)值噪音，使得輸出信號(hào)減小，為進(jìn)一步去除加大阻尼對(duì)有限元結(jié)果的影響使之能夠與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)不同阻尼情況下有限元分析的結(jié)果進(jìn)行了擬合，輸出信號(hào)波形的幅值和阻尼之間的擬合關(guān)系為

式中：Vm為各輸出信號(hào)波形的幅值，β為瑞雷阻尼中的剛度系數(shù)，由上式可得到ζi分別為0.000 1和0.003時(shí)輸出信號(hào)波形的幅值Vm1和Vm3。試驗(yàn)阻尼情況下的輸出信號(hào)電壓為

式中：Vh1為ζi為0.000 1時(shí)輸出信號(hào)的電壓時(shí)程曲線，Vh3為ζi為0.003時(shí)輸出信號(hào)的電壓時(shí)程曲線，ΔVh1為加大阻尼引起的電壓損耗，ΔVh1中的ΔVm13為Vm1和Vm3的差值，將ΔVh1加上ζi為0.003時(shí)的模擬結(jié)果Vh3得到因加大阻尼引起損失電壓補(bǔ)償后的輸出信號(hào)Vh1。

最后，為去除試驗(yàn)與有限元模擬中PZT與鋼筋接觸面積不同（2種方式接觸面積的比值為0.36∶1）的影響，按比值對(duì)有限元結(jié)果進(jìn)行換算，得到了與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的輸出信號(hào)。

2.2 有限元結(jié)果驗(yàn)證

圖4為試驗(yàn)輸出信號(hào)與處理后模擬結(jié)果的對(duì)比曲線，可以看出：試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果吻合很好，第1個(gè)到達(dá)信號(hào)的波形幅值誤差小于1%，僅在第2個(gè)反射波中出現(xiàn)誤差（其最大誤差不超過(guò)5%）；另外，從第1個(gè)到達(dá)波形計(jì)算得到應(yīng)力波的波速為4 461 m／s，和一階縱波在理想的忽略截面的鐵棒中傳遞速度（5100 m／s）相似，證明了鋼筋上傳遞的第1個(gè)波形是縱波（p波）。因此該有限元模型滿(mǎn)足精度要求，為進(jìn)一步模型的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

圖4 電壓時(shí)程曲線對(duì)比圖Fig.4 Signal Comparison of numerical simulation and the experimental texting

3 模型優(yōu)化

根據(jù)已有的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)亟待解決的問(wèn)題是如何增加輸出信號(hào)的強(qiáng)度。由前文的分析可以得到，輸出信號(hào)的大小和PZT與鋼筋之間的空隙有直接的關(guān)系，本文基于上述模型（見(jiàn)圖2）對(duì)其進(jìn)行了初步的優(yōu)化，即將PZT與鋼筋之間的空隙使用黏膠層材料填充。圖5為模型優(yōu)化后PZT上各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值曲線圖，該曲線幾乎呈現(xiàn)直線狀態(tài)，其原因是激勵(lì)器產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力的縱波分量沿鋼筋傳遞共同后作用在傳感器PZT上。耦合PZT表面電壓自由度，輸出電壓幅值為0.557 V。

圖6為模型優(yōu)化前后電壓時(shí)程曲線的對(duì)比圖，由圖可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的模型輸出信號(hào)是原模型的5倍左右。這是由于原模型中PZT上的輸出信號(hào)僅通過(guò)PZT底部的動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力產(chǎn)生縱波，而優(yōu)化后的模型是通過(guò)作用于PZT側(cè)向的動(dòng)態(tài)正應(yīng)力和PZT底部的動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力共同產(chǎn)生縱波，因此輸出信號(hào)成倍增大。PZT型鋼筋的輸出信號(hào)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，這種模擬優(yōu)化為試驗(yàn)優(yōu)化提供了方向，將很大程度地增加輸出信號(hào)，對(duì)于解決混凝土健康監(jiān)測(cè)中輸出信號(hào)很小的問(wèn)題有很好的指導(dǎo)意義。

圖5 優(yōu)化后電壓幅值曲線Fig.5 Voltage distributions on PZT nodes after FE model optimization

圖6 優(yōu)化前后時(shí)程曲線對(duì)比圖Fig.6 Signal comparison before and after FE model optimization

4 結(jié)論

本文運(yùn)用壓電耦合場(chǎng)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析方法，對(duì)粘有PZT的鋼筋進(jìn)行精細(xì)化數(shù)值模擬，模型中不僅包括鋼筋和PZT，而且包含了連接它們的含銀環(huán)氧樹(shù)脂。在模擬分析中討論了IEEE標(biāo)準(zhǔn)和ANSYS軸對(duì)稱(chēng)輸入標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別，得出了在不同標(biāo)準(zhǔn)下應(yīng)用PZT材料參數(shù)的轉(zhuǎn)換方法。討論了Raleigh阻尼的選擇方法，為補(bǔ)償用于抑制數(shù)值噪音的阻尼造成輸出信號(hào)的損失，進(jìn)行了信號(hào)幅值和阻尼之間的擬合分析，得到了因加大阻尼所引起的信號(hào)損失的公式。從模擬與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖看到，數(shù)據(jù)吻合精度很好，驗(yàn)證了有限元結(jié)果的正確性；同時(shí)從模擬分析可知，在此狀態(tài)下傳遞到PZT上的應(yīng)力波為縱波，且通過(guò)其底部鋼筋及黏膠層的剪切應(yīng)力波傳遞產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上對(duì)有限元模型進(jìn)行初步優(yōu)化，使正應(yīng)力和剪切應(yīng)力產(chǎn)生的縱波共同作用在PZT上，結(jié)果表明優(yōu)化后模型的輸出電壓是原模型的5倍左右，為混凝土監(jiān)測(cè)試驗(yàn)中輸出信號(hào)較小的問(wèn)題提供了一個(gè)優(yōu)化試驗(yàn)的方法。在今后的研究中，將更深入地進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模擬分析，并嘗試改變算法以克服三維精細(xì)化有限元模型計(jì)算效率低的問(wèn)題。

［1］朱勁松，何立坤，王詩(shī)青.基于PZT波傳播法混凝土結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的數(shù)值模擬［J］.混凝土，2011，3：41?45.

ZHU Jinsong，HE Likun，WANG Shiqing.Numerical simu?lation on damage detection of concrete structure basing on wave propagation method with PZT transducer［J］.Con?crete，2011，3：41?45.

［2］SAAFI M，SAYYAH T.Health monitoring of concrete struc?tures strengthened with advanced composite material using piezoelectric transducers［J］.Composites，2001，32：33?43.

［3］余璟，朱宏平.基于植入式壓電阻抗技術(shù)的混凝土梁損傷識(shí)別［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39：124?129.

YU Jing，ZHU Hongping.Damage detection of concrete beams through electromechanical impedance technology u?sing embedded PZT transducer［J］.Journal of Huazhong Uni?versity of Science and Technology，2011，39：124?129.

［4］HA S，CHANG F K.Optimizing a spectral element for mod?eling PZT?induced lamb wave propagation in thin plates［J］.Smart Mater Struct，2010，19（1）：1?11.

［5］WU F，CHANG F K.Debond detection using embedded pie?zoelectric elements for reinforced concrete structures?Part II：analysis and algorithm［J］.Structural Health Monitoring，2006，5（1）：17?28.

［6］WU F，CHANG F K.Debond detection using embedded piezoe?lectric elements in reinforced concrete structures?part I：experi?ment［J］.Structural Health Monitoring，2006，5（1）：5?15.

［7］李旭，霍林生，李宏男.基于波動(dòng)理論的壓電智能混凝土單軸破壞實(shí)驗(yàn)研究［J］.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2010，30（s1）：187?190.

LI Xu，HUO Linsheng，LI Hongnan.Uniaxial damage exper?iment research of smart piezoelectric concrete based on wave propagation［J］.Journal of Disaster Prevention and Mitiga?tion Engineering，2010，30（s1）：187?190.

［8］周宏，閻石，孫威.利用壓電智能骨料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別研究［J］.混凝土，2009（4）：20?23.

ZHOU Hong，YAN Shi，SUN Wei.Experimental research on damage detection of concrete structures using piezoelectric smart aggregates［J］.Concrete，2009（4）：20?23.

［9］HAN S，PALAZOTTO A N，LEAKEAS C L.Finite?element a?nalysis of lamb wave propagation in a thin aluminum plate［J］.Journal of Aerospace Engineering，2009，22（2）：185?197.

［10］SONG F，HUANG G L，KIM J，et al.On the study of sur?face wave propagation in concrete structures using a piezoe?lectric actuator／sensor system［J］.Smart Mater Struct，2008，17（5）：1?8.

［11］CHOPRA A K.Dynamics of structures：theory and appli?cations to earthquake engineering［M］.4th ed.Upper Sad?dle River：Prentice?Hall，2011：212?232.

［12］CREMER L，HECKL M.Structure?borne sound［M］.3rd ed.New York：Springer?Verlag，2005：355?360.

［13］ZIENKIEWICZ O C，TAYLOR R L，ZHU J Z.The finite element method：its basis and fundamentals［M］.6th ed.London：International Center for Numerical Methods in En?gineering，2005：176?195.

［14］WU F.A built?in active sensing diagnostic system for rein?forced concrete structures［D］.Stanford：Stanford Universi?ty，2003：60?72.

［15］MOHARANA S，BHALLA S.Numerical investigations of shear lag effect on PZT?structure interaction：review and application［J］.Current Science，2012，103（6）：685?696.

［16］BATHE K J.Finite element procedures［M］.3rd ed.Upper Saddle River：Prentice?Hall，2006：433?449.

［17］WOJCIK G L，VAUGHAN D K，ABBOUD N，et al.Elec?tromechanical modeling using explicit time?domain finite el?ements［J］.IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings，1993，2：1107?1112.

Numerical simulation of reinforcement steel rebar with PZT for damage detection of concrete structure

YI Juan，WU Fan
（School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China）

Structural health monitoring（SHM）for reinforced concrete structure using the piezoelectric ceramic ma?terial（PZT）is widely applied.To research the mechanism of PZT-based reinforced concrete structure damage mo?nitoring based on the guided wave method，and to further optimize the monitor system，a component of PZT-based rebar was simulated and analyzed with FEA software ANSYS.Firstly，selecting appropriate material parameters，el?ement types and grid size to establish a refined axisymmetric finite element model for electromechanical coupling a?nalysis，then comparing the simulation results with the data of experiment made before.The good consistency be?tween simulation and test shows that the finite element modeling is reasonably accurate.This provides a good basis for analysis of damage mechanism and optimization of experiment.By changing the contact way of PZT with rebar，the output signal is four times larger than the original one.The optimization method for strengthening the output sig?nal of the system was further proposed.The study shows that the PZT-based rebar detection system can be analyzed by the numerical simulation method，and further an improved system with enhanced signals can be obtained.

rebar；structural health monitoring；finite element analysis；piezoelectric ceramic material

10.3969／j.issn.1006?7043.201310024

http：／／www.cnki.net／kcms／doi／10.3969／j.issn.1006?7043.201310024.html

TU511.3

A

1006?7043（2015）02?0139?04

2013?10?14.網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014?11?27.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51278300）；上海浦江人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目（11PJ1405500）.

衣娟（1989?），女，碩士研究生；吳凡（1963?），男，副教授.

吳凡，E?mail：fanwu＠sjtu.edu.cn.