基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析北大核心CSCD

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

基于声发射和BP神经网络的预应力钢筋砼梁损伤过程分析

以预应力钢筋混凝土梁三点弯曲试验为基础,绘制了声发射幅值、能量等AE参数相关图,揭示了预应力砼梁的损伤演化过程;借鉴NDIS-2421定量评定标准,对试验梁的损伤程度做出定性的评价;同时,通过AE特征信号Kurtosis指标的计算对演化过程进一步分析,确定4个典型失效阶段后,建立各失效阶段声发射信号特征参数数据,并设计BP神经网络模型进行训练,训练后的定型网络对梁损伤程度有很好的识别能力。可以为工程中进一步开展预应力钢筋砼结构损伤活动性的长期健康监测提供理论基础和指导。     

基于HHT的混凝土损伤AE信号分析新方法

介绍了HHT这一非线性、非平稳信号的处理方法。针对混凝土材料损伤所产生的声发射信号复杂的特点,提出了基于HHT的分析混凝土材料中产生的声发射信号的新方法,借此分析了从预应力混凝土梁在三点弯曲载荷下的破坏实验中拾取的实际AE信号,获得了该损伤信号的Hilbert谱。通过与小波分析结果的比较,显示出该方法具有处理精度高、自适应性强的特点,能有效地提取声发射信号中损伤成分的主要特征,为AE信号处理提供了一种新的途径。     

基于运营环境和提升小波变换的桥梁损伤检测研究

根据损伤桥梁在车辆荷载作用下的动力响应特点,以及提升小波变换对信号突变信息的放大功能,提出了利用桥梁运营荷载作用下加速度响应提升小波变换系数的分布特性对结构损伤进行识别的方法。首先,采集桥梁在行车荷载作用下的加速度响应信号;然后,对加速度响应信号进行提升小波变换,分别利用加速度响应信号、加速度响应信号差,提升小波变换系数空间变化的峰值识别损伤位置;最后,对行车速度、损伤位置、损伤程度和测量噪声对损伤识别效果的影响进行了分析讨论。结果表明:在行车速度8m/s以下、测量噪声不高于5%情况下,利用运营荷载作用下桥梁单点动力响应信号提升小波变换,可以实现桥梁多处损伤的检测和识别。     

预应力钢筋混凝土梁损伤声发射分形特征试验研究北大核心CSCD

为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,利用分形理论对预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏过程声发射信号特征参数序列的关联维数演化特征进行了分析。研究结果表明:在弯曲破坏过程中,声发射信号能量参数序列在给定的尺度下具有明显的分形特征,不同的加载级数下声发射过程也具有不同程度的自相似性,因此关联维数可以描述预应力钢筋混凝土梁结构的力学状态。AE信号能量参数关联维数的折线下降意味着损伤的出现,关联维数持续下降后并呈水平趋势,可作为预应力钢筋混凝土梁结构临近极限承载力的征兆,这些特征可用于预应力钢筋混凝土简支梁结构健康监测和无损检测。     

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。     

预应力钢筋混凝土梁损伤声发射分形特征试验研究

为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,利用分形理论对预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏过程声发射信号特征参数序列的关联维数演化特征进行了分析。研究结果表明:在弯曲破坏过程中,声发射信号能量参数序列在给定的尺度下具有明显的分形特征,不同的加载级数下声发射过程也具有不同程度的自相似性,因此关联维数可以描述预应力钢筋混凝土梁结构的力学状态。AE信号能量参数关联维数的折线下降意味着损伤的出现,关联维数持续下降后并呈水平趋势,可作为预应力钢筋混凝土梁结构临近极限承载力的征兆,这些特征可用于预应力钢筋混凝土简支梁结构健康监测和无损检测。     

基于光纤光栅和小波包分析的结构损伤探测

以光纤光栅为传感元件、小波包分析为信号提取工具,获取了智能材料四边简支板损伤前、后的动态应变信号检测方法,并采用耦合神经网络方法对智能材料四边简支板结构进行了损伤识别分析。结果表明,光纤光栅可非常灵敏地检测出智能材料内部的动态应变信号,小波包信号处理方法可获得大量反映结构损伤特征的有效信号;随着损伤孔径的增大,耦合神经网络损伤识别的精度提高,可得到损伤的位置和大小的信息。研究结果在大型工程结构的健康监测中具有重要的潜在应用价值。     

利用压电传感器的仿真混凝土损伤探测研究

提出了一种探测仿真混凝土结构内部损伤的压电波动传感方法,并通过仿真混凝土梁的构件试验对其有效性进行了验证。将压电传感器埋置在仿真混凝土梁中,采用正弦线性扫频激励来驱动特定位置的压电陶瓷传感器,将其他位置的压电传感器作为探头接受弹性波信号,实现对仿真混凝土构件的损伤检测。试验中,分别对完好和不同损伤程度下的仿真混凝土梁进行扫描,通过对接收信号的时域、频域和小波变换分析,识别仿真混凝土梁损伤的出现和发展。结果表明:在仿真混凝土梁中一定传播距离内,信号幅值变化、频率偏移和基于小波包分析的损伤指数对构件的损伤十分敏感,这些数据的变化趋势可以有效地反映构件的损伤程度,可将这类压电传感器用于混凝土坝动力模型试验的损伤监测研究。     

滑坡变形突变异常的小波识别方法

准确地判别滑坡的变形演化阶段,特别是对进入加速变形阶段突变点的识别,对及时捕捉滑坡前兆,尽早开展滑坡预警报和进行工程处理都具有十分重要的意义。将小波的多分辨分析与突变点识别原理相结合,依据滑坡的累积位移监测资料,结合3类典型滑坡(光滑型、阶跃型和振荡型)实例对滑坡进入加速变形阶段的突变点进行了识别研究。研究结果发现,滑坡在进入加速变形阶段时,其累积位移监测信号在4个连续尺度上分解重构后的细节信号的幅值均存在着明显的突变特征,而且4个尺度的突变特征均具有较好的一致性。据此特征,即可较为准确地识别滑坡进入加速变形阶段的突变点。     

预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射特性实验研究

利用全波形声发射技术记录了预应力钢筋混凝土梁在3点弯曲荷载下整个破坏过程的声发射信号,并在研究了声发射累计能量随时间变化关系曲线的基础上,采用谱分析对声发射全波形数据进行了分析和处理。以全波形声发射信号的能量分布特性为依据,通过对时域和频域内信号的振幅、频率特征和构件破坏过程的比较,初步得出了预应力钢筋混凝土梁破坏过程的声发射信号的参数特性,发现全波形声发射信号能够实时反映预应力混凝土梁破坏过程中的特征信息。     

基于小波包分析的框架结构损伤识别

损伤将引起结构动力特性和动力响应的变化,反过来,可以通过结构动力性能或动力响应的变化识别结构损伤,但它们对结构局部损伤并不十分敏感。而小波包分析具有优越的时-频局部化性能,可以在时—频域以任意精度进行信号分析。本文在小波包分析基础上,提出了基于小波包分析的损伤检测和识别方法:首先将结构响应信号分解为小波包组分,然后通过考察各组分小波信号的变化情况识别损伤。该方法仅利用结构响应数据识别损伤,实测方便,计算简单,并通过3层钢框架结构的模型试验成功地识别出损伤时刻和损伤位置,验证了其可行性。     

桥梁吊索高强钢丝疲劳裂纹扩展试验与数值模拟

反复车辆荷载作用下,斜拉桥斜拉索及拱桥吊杆疲劳损伤问题日益严重。针对大跨桥梁中常用的镀锌高强钢丝,开展了应力比R分别为0.1、0.2、0.3的疲劳裂纹扩展试验,研究了应力比及应力幅对钢丝疲劳裂纹扩展性能的影响,每种应力比下的应力幅分别为140.4、152.1、163.8、175.5MPa。采用分步加载方法,设计不同加载应力幅在试件断裂面留下裂纹扩展时的条纹特征,利用光学显微镜对疲劳断口的疲劳条纹进行观测,得到了不同应力比下裂纹扩展深度与疲劳循环次数的a—N曲线,拟合了高强钢丝的疲劳裂纹扩展速率模型。试验结果表明:钢丝疲劳裂纹呈三阶段扩展,随着应力比R的增大,Paris公式中参数C变小,m变大。运用有限元软件ABAQUS模拟了裂纹扩展过程,定量分析了裂纹扩展径向与表面方向的关系,试验结果与有限元结果吻合较好。试验得到的疲劳裂纹扩展速率曲线,可用于大跨桥梁吊索的抗疲劳、防断裂设计及疲劳寿命评估。     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

土木工程结构健康监测研究进展

阐述了实施土木工程结构健康监测的必要性和迫切性,介绍了结构健康监测系统的概念、组成及其应用,信号采集与处理以及损伤检测的方法和研究现状,重点讨论了神经网络法在损伤诊断中的应用。介绍了利用小波神经网络和概率神经网络等新型网络的损伤诊断方法,最后指出了需要进一步研究的重点和难点问题。     

基于分布式应变监测的大跨度斜拉桥结构损伤探测

结构损伤具有典型的局部性质,通常表现为局部应变的异常。结构应变的分布式监测与损伤敏感特征分析,是实现大跨桥梁损伤探测与定位的理想途径之一。但是,由于环境噪声的影响,对分布式应变信号的监测往往不能准确反映结构出现的损伤状况。因此,提出了通过小波变换对分布式光纤测试的斜拉桥桥面应变分布进行多尺度分析的方法。这种方法可以克服分布式光纤应变监测信号受观测噪声和空间分辨率平均效应的不利影响,准确地确定空间域信号奇异点在桥面的位置。同时,在实验室建立了比尺为1∶150的模型斜拉桥。通过对斜拉桥数值模型与物理模型试验结果的分析和比较,验证了所提出方法的有效性。     

基于矩张量的钢筋混凝土构件损伤声发射检测方法

为了利用声发射技术对钢筋混凝土构件损伤进行定量检测,将矩张量在地震工程学中反演震源机制的理论用于结构的声发射无损检测。阐述了基于矩张量理论的声发射检测技术原理,推导了利用矩张量理论反演裂缝机制(裂缝位置、类型和走向)的定量表达式。通过钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,按照基于矩张量的声发射分析方法,明确裂缝机制,并与试验结果比较,探讨矩张量理论用于钢筋混凝土结构无损检测的有效性。结果表明:对于钢筋混凝土受弯构件,基于矩张量的声发射无损检测技术能定量地描述结构的裂缝机制,具有较好的准确性。     

基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析∗

为了解决损伤识别中对健康结构响应数据的依赖问题和小损伤难以识别情况,提出基于提升小波变换和统计理论的简支梁桥损伤识别分析方法,通过测得损伤状态下的动态应变响应即可对损伤位置直接判断。首先基于应变响应对结构局部损伤的敏感性,利用提升小波变换分解重构出比原始应变响应更加光滑的低频应变响应;然后根据统计理论,构建出应变方差局部概率(Strain Variance Local Probability,SVLP3)损伤指标进行损伤定位分析。以简支梁桥为研究对象,在数值模拟中讨论了单处、多处损伤、不同车速与荷载、抗噪性以及测点稀疏布置等方面对损伤识别效果的影响;最后通过简支梁桥模型进行了实验验证,结果表明所提方法在简支梁桥损伤识别中简单有效,对微小损伤也能准确识别。     

基于声发射参量的煤样损伤模型研究

在单轴压缩下煤样损伤模型基本原理的基础上,推导出了基于声发射参量的煤样损伤模型。以原煤为研究对象,在单轴压缩下,对煤样进行声发射实验,验证了基于声发射参量的煤样损伤模型在煤样破坏前是可行的;分析了在单轴压缩下的声发射特性,并提出了基于"归一化"声发射累计计数的损伤变量,得到了在单轴压缩下煤样的应变—损伤方程和煤样的一维损伤本构方程。研究结果表明:声发射参量能够反映煤样内部原生裂隙的压密及新裂隙的产生、扩展、贯通等演化过程;基于声发射参量的煤样损伤模型是合理的,反映了声发射事件数和煤样损伤之间的对应关系;单轴压缩下的煤样损伤演化过程,可分为初始损伤阶段、损伤稳定演化和发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段4个阶段。     

苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用(1):拉索损伤识别

采用改进的RBF神经网络建立了苏通大桥拉索损伤识别方法。2个不同阶固有频率之比是仅与损伤位置有关的结构振动参数,据此定义了用于损伤定位的损伤特征指标,并用其来训练神经网络;提出了基于R2+准则与Jackknife校验的改进RBF算法,以有效地控制RBF网络的过拟合现象。算例结果表明,所提出的方法可以较好地对苏通大桥斜拉索进行损伤识别。