基于纵向导波的杆状构件腐蚀诊断方法

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangxinyao1121
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工程结构在长期服役过程中将发生材料老化与结构损伤。结构金属骨架的锈蚀将导致其性能劣化、承载力下降和耐久性能降低,从而极大程度地影响结构的安全性和可靠性。腐蚀损伤具有影响因素复杂,时间跨度长,不确定度大等特点,故腐蚀状态的有效评估对结构全寿命设计具有极为重要的指导意义。导波衰减小,能在波导中传播较长距离,一次测量可实现对探测对象较大范围的覆盖扫描,近年来已逐渐成为了腐蚀监测领域的研究热点。将导波技术运用于工程构件腐蚀监测的过程中存在亟待解决的问题:高频导波显著的模态转换现象将可能致使腐蚀缺陷散射信号的模态成分复杂,从而增加缺陷回波信号的识别难度,破坏其幅值与局部腐蚀程度之间的一致性变化趋势;测量过程中所涉及的相关不确定性会降低导波对于均匀腐蚀评估的精度及可靠性;导波损伤指标与腐蚀进程之间的量化关系经验模型难以具有普遍适用性。本文以钢杆和埋入式钢筋这两种典型的柱状波导为研究对象,利用导波的纵向模态以Pitch-catch方式监测不同类型的腐蚀损伤。针对上述问题提出了相应的解决方法,改进并拓展了杆状构件的导波腐蚀监测及评估技术。主要研究内容如下:(1)以钢杆为研究对象,提出了一种结合多模态组合激励和时间反转技术的局部腐蚀缺陷识别方法。研究表明:该方法能有效聚焦多模态、多路径下的腐蚀缺陷散射信号,并确保散射信号能量随腐蚀缺陷发展具有足够的增量。较基于单模态回波信号的传统缺陷识别方法,该方法针对腐蚀缺陷发展及其随机形貌特征分别具有分辨率高和鲁棒性强的优势。(2)以钢杆为研究对象,考虑了时频分析固有不确性及测量过程中潜在不确性的影响,利用导波的频散特性发展了针对均匀腐蚀的无基线概率评估方法。基于现阶段腐蚀剩余性能评价过程中对于均匀腐蚀量识别的高分辨率与高精度需求,引入贝叶斯动态线性模型适时处理监测数据并进行模型监控。研究表明:基于模型后验状态量的腐蚀评估精度可显著提高,相关的模型监控指标亦能较好地预警导波腐蚀监测异常值序列的起点。(3)以埋入式钢筋为研究对象,利用导波的衰减极小值模态分别对钢筋混凝土均匀腐蚀与局部腐蚀样本试件进行连续腐蚀监测。基于不同模态的腐蚀损伤识别机理及截面能量分布特点,建立了基于模态相对幅值的标准化无量纲损伤指标,并讨论了衰减极小值模态对于试件腐蚀的波速灵敏度。相关试验统计结果为后续研究提供数据支撑。(4)以埋入式钢筋为研究对象,采用贝叶斯信息更新策略将导波腐蚀监测技术与少量腐蚀观测数据相结合,提出了一种兼顾精度与效率的腐蚀量化评估方法。通过将基于均匀腐蚀样本所建立的导波腐蚀量化关系经验模型(先验信息)更新为满足精度要求的局部腐蚀评估预测模型(后验信息),对该方法的有效性和适用性进行了论证。
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