橋梁拉索腐蝕損傷聲發(fā)射監(jiān)測及模式識別.pdf

1、斜拉橋是現(xiàn)代大跨度橋梁的主要類型之一，拉索是斜拉橋的重要承重構(gòu)件。由于其長期暴露在外界環(huán)境之中，容易遭受氯鹽等腐蝕介質(zhì)的侵蝕。長年累月，拉索結(jié)構(gòu)不可避免地會產(chǎn)生一定程度的損傷，導(dǎo)致力學(xué)性能衰減，使用壽命也會逐年縮短。在極端情況下，拉索發(fā)生斷裂導(dǎo)致橋梁坍塌，引起災(zāi)難性的事故。因此，對橋梁拉索的腐蝕損傷進(jìn)行監(jiān)測是非常有必要的。聲發(fā)射技術(shù)作為一種具有高靈敏度的無損檢測技術(shù)用于監(jiān)測橋梁拉索腐蝕損傷被證明是一種有效的方法，本文通過用聲發(fā)射技術(shù)對拉

2、索的腐蝕損傷過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，然后借助于信號處理分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射源的識別，進(jìn)而合理評價(jià)拉索的腐蝕損傷。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　1.通過拉索加速腐蝕實(shí)驗(yàn)，獲取腐蝕全過程聲發(fā)射信號。根據(jù)聲發(fā)射撞擊數(shù)和計(jì)數(shù)與時(shí)間的相關(guān)圖，得到了拉索腐蝕損傷演化規(guī)律。為了確定拉索腐蝕過程中不同的損傷源，發(fā)展了基于主成分分析算法(PCA)提取聲發(fā)射監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征值，應(yīng)用全局尋優(yōu)聚類分析算法對監(jiān)測獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘、統(tǒng)計(jì)分析歸類，找出相似損傷階

3、段的特征規(guī)律并分析拉索在腐蝕過程中不同損傷階段的聲源特性。
　　2.根據(jù)拉索腐蝕損傷不同聲發(fā)射源的聚類分析結(jié)果，提取不同聚類類型的聲發(fā)射監(jiān)測信號進(jìn)行波形分析。由于聲發(fā)射信號的非平穩(wěn)特性，本文通過對比現(xiàn)行的各種時(shí)頻分析技術(shù)，選擇效果最好的基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)的Hilbert-Huang變換(HHT)，將其應(yīng)用于聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)中。通過研究HHT算法，應(yīng)用端點(diǎn)延拓方法解決EMD中的端點(diǎn)效應(yīng);采用基于約束樣條插值的包絡(luò)擬合算法處理傳

4、統(tǒng)EMD中應(yīng)用三次樣條函數(shù)擬合過程中產(chǎn)生的過沖和欠沖問題;針對EMD模態(tài)混迭效應(yīng)，采用經(jīng)過改進(jìn)后的總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EEMD)應(yīng)對，最后分析拉索不同腐蝕損傷階段時(shí)信號的Hilbert譜特征。得到拉索腐蝕不同損傷源下聲發(fā)射信號時(shí)域特征及其不同頻率帶上的能量分布。
　　3.為了將拉索腐蝕聲發(fā)射源聚類分析可視化、直觀表征。創(chuàng)新地將自組織特征映像神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SOFM)技術(shù)應(yīng)用到拉索腐蝕損傷的模式識別中，SOFM是基于無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法的一種競爭