基于时间逆转成像技术的混凝土结构损伤识别方法

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工程设施和建筑结构在建造及其长期运行过程中受到外界(环境/载荷等)作用,易产生各类损伤,而损伤的累积将导致设施、结构产生故障和功能的逐渐丧失,甚至诱发重大事故。相比于常规超声检测技术仅是在时域内对混凝土结构损伤散射信号进行分析,时间逆转成像技术则是结合入射波场与散射波场有效信息(更多与损伤相关的信息)在时频范围内来定位损伤,因此将时间逆转成像技术运用到混凝土结构损伤检测中,不仅可以获得更为准确的定位结果也能确定损伤间的尺度对比,为无损检测技术人员定性、定量分析混凝土内部缺陷提供了理论参考和实验依据。  首先,介绍了无损检测的一般方法以及混凝土结构超声检测的常规手段,讨论了时间逆转成像技术的基本理论,阐述了超声相控阵成像技术、偏移成像技术的基本原理为后续的混凝土结构内部损伤成像提供了理论基础。  其次,采用COMSOL Multiphysics仿真平台对波在混凝土结构中传播进行模拟,通过提取各换能器单元的发射信号和损伤散射信号构建超声波传播的传递矩阵并对其进行奇异值分解,获得的奇异值反映了损伤的个数,奇异向量则包含损伤信息。采用逆向传播算法和多重信号分类(MUSIC)算法对混凝土结构内部损伤进行成像,实现了损伤的准确定位;并与超声相控阵成像、偏移成像的结果对比,表明了时间逆转成像技术用于混凝土损伤定位更为精准且能很好的反映损伤的尺度比。  最后,通过构建混凝土结构检测实验平台,基于实验测得的损伤回波数据运用时间逆转成像技术对混凝土结构内部损伤成像,实现了对混凝土结构内部损伤的准确定位并分析产生偏差的原因。  此工作仅仅探索了将时间逆转成像技术应用于混凝土结构内部损伤实际工程检测的可行性,对于将该方法真正用于实际的工程检测中还有很长的一段路要走,后续结合更为先进的信号处理技术与传感器可提高混凝土结构损伤检测的精度。
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