大型起重機械健康監(jiān)測與評估的聲發(fā)射理論和方法研究

針對大型起重機械聲發(fā)射波傳播機理，結(jié)合有限元分析對聲發(fā)射波在起重機用Q235B鋼材及其結(jié)構(gòu)中的傳播特性進行了理論和實驗研究，結(jié)果表明，不同聲發(fā)射激勵方式下，Q235B薄板中會產(chǎn)生不同模式的聲發(fā)射波，其傳播速度、幅度以及頻率特性在傳播過程中存在明顯差異，且會受到裂紋等靜態(tài)缺陷的影響；而在Q235B箱形梁中，隨傳播距離的增加，聲發(fā)射信號幅度逐漸降低，源信號所具有的快速衰減特性逐漸消失，且波的頻散現(xiàn)象越發(fā)明顯，突發(fā)型聲發(fā)射信號逐漸蛻變成連續(xù)型信號。 針對聲發(fā)射信號處理及特征提取方法，考慮到聲發(fā)射信號的非平穩(wěn)特性以及現(xiàn)場檢測時存在的噪聲干擾問題，應(yīng)用譜分析、小波分析以及改進的集合經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸猓‥EMD-Fast-ICA）等現(xiàn)代信號處理方法獲得了斷鉛信號、腐蝕聲發(fā)射信號、摩擦信號、典型電磁干擾信號的特征，在此基礎(chǔ)上，利用FastICA和TF-BSS算法實現(xiàn)了腐蝕、敲擊、摩擦等線性混合信號的盲源分離，可用于現(xiàn)場檢測聲發(fā)射信號的噪聲剔除，有效提高檢測結(jié)果的可靠性。 結(jié)合門機承載過程中其金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布狀態(tài)及聲發(fā)射波傳播特性，確定了聲發(fā)射檢測傳感器布置的基本原則，即起重機應(yīng)力集中或較大區(qū)域應(yīng)布置傳感器進行局部監(jiān)測、箱形梁監(jiān)測時，應(yīng)優(yōu)先在腹板中布置監(jiān)測傳感器，同時箱形梁各板件需同時布置傳感器以實現(xiàn)對不同板件的監(jiān)測、此外，考慮到AE信號傳播時的反射、散射、相互干涉及頻散現(xiàn)象，需要綜合多個傳感器所采集的信號才能對損傷狀態(tài)做出識別，因此建議主梁監(jiān)測傳感器至少應(yīng)等間距布置3枚傳感器。 針對大型起重機械聲發(fā)射源定位，提出了基于聲發(fā)射層析成像的可視化定位方法，包括ART算法及SART算法。通過斷鉛信號激勵，進行缺陷定位實驗，結(jié)果表明兩種算法均可獲得缺陷的實際位置。此外，將聲發(fā)射層析成像方法拓展應(yīng)用于各向異性材料、不同組分（不含/含鋼筋）混凝土結(jié)構(gòu)聲發(fā)射源定位研究，并通過實驗在兩種不同組分的樣本中進行驗證，結(jié)果表明該方法相對于傳統(tǒng)定位算法，具有更高的定位精度。 結(jié)合實際應(yīng)用需求，開發(fā)了聲發(fā)射檢測軟件，實現(xiàn)了聲發(fā)射信號的分析及源定位，在此基礎(chǔ)上，提出了基于聲發(fā)射和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評估方法，并針對起重機、儲罐制定了制定了《起重機聲發(fā)射檢測標(biāo)準(zhǔn)（初步）》以及《常壓儲罐聲發(fā)射在線檢測工藝》。 2100433B

針對現(xiàn)有聲發(fā)射技術(shù)理論和實驗研究的局限和大型起重機械健康監(jiān)測與評估需求，對具有多個構(gòu)件耦合的復(fù)雜結(jié)構(gòu)條件下的結(jié)構(gòu)缺陷聲發(fā)射傳播機理展開理論和實驗研究，構(gòu)建基于損傷力學(xué)、彈塑性動力學(xué)等理論的大型起重機械缺陷形成和擴展的多尺度力學(xué)模型以及有限元/邊界元多尺度數(shù)值仿真模型；通過理論分析和實驗測試，提出大型起重機械多構(gòu)件復(fù)雜聯(lián)接結(jié)構(gòu)下的聲發(fā)射波傳播機理和傳播規(guī)律；提出融合聲發(fā)射波傳播特性、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布以及檢測環(huán)境約束條件下的聲發(fā)射傳感器多目標(biāo)智能優(yōu)化布置方法；提出根據(jù)大型起重機械歷史運行記錄和特征變化趨勢以及當(dāng)前工作狀態(tài)，融合多傳感器信息的大型起重機械健康狀況綜合評估模型，并制定相應(yīng)的在線實時預(yù)警策略。促進聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展和完善，為其應(yīng)用提供理論依據(jù)。

內(nèi)容簡介

《智能橋梁健康監(jiān)測與損傷評估》系統(tǒng)論述了西南交通大學(xué)智能化橋梁團隊在橋梁結(jié)構(gòu)智能化方面所取得的階段性成果，內(nèi)容包括：智能橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)損傷識別、狀態(tài)評估及軟件系統(tǒng)。

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《橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測與狀態(tài)評估》較全面、深入地介紹了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與狀態(tài)評估領(lǐng)域的理論、方法與應(yīng)用。本書主要從：概論、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與控制技術(shù)、安全預(yù)警與狀態(tài)評估技術(shù)等方面對健康監(jiān)測在橋梁領(lǐng)域的研究與應(yīng)用做系統(tǒng)闡述，其特點為大量的工程應(yīng)用（系統(tǒng)的設(shè)計、實施、維護、損傷分析等）案例分析。

本書是作者近年來對混凝土構(gòu)件聲發(fā)射特性研究工作及成果的總結(jié)，主要講述混凝土構(gòu)件在受力破壞過程中的聲發(fā)射特性，以及基于聲發(fā)射參數(shù)的承載力評估理論和方法。全書共10 章，主要包括鋼筋混凝土梁破壞過程的聲發(fā)射特性試驗、基于矩張量的鋼筋混凝土梁聲發(fā)射檢測技術(shù)理論和方法、鋼筋混凝土板的聲發(fā)射特性試驗和基于AE 參數(shù)的損傷本構(gòu)關(guān)系、基于聲發(fā)射參數(shù)的鋼筋混凝土板承載能力評估方法、聲發(fā)射波在鋼筋混凝土板中的傳播特性試驗、裂縫對聲發(fā)射波傳播特性的影響試驗研究等專題，此外還對再生混凝土材料受壓破壞試驗及單調(diào)加載下的聲發(fā)射特性分析、循環(huán)加載下再生混凝土的凱塞效應(yīng)分析、基于聲發(fā)射參數(shù)的再生混凝土受壓破壞損傷評估方法等也做了較深入的闡述和分析。