钢筋混凝土梁损伤过程声发射信号的分形特征试验研究

发布时间：2017-10-14 09:10

  本文关键词：钢筋混凝土梁损伤过程声发射信号的分形特征试验研究

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【摘要】：随着当前工程结构安全事故的频发,结构的健康与安全成为目前人们首要的关注问题,而对结构损伤破坏的有效预警和安全评估则是问题关键所在。近些年来随着声发射检测技术在钢筋混凝土结构探伤领域的运用和研究不断地进步与完善,它逐渐成为土木工程结构损伤检测的重要手段之一,但是声发射信号与结构损伤之间的演化关系一直是个难点。为了探索预应力钢筋混凝土梁声发射信号与其损伤的演化关系,本文通过室内试验主要研究了在分级循环加载条件预应力钢筋混凝土梁弯曲破坏全过程声发射信号的分形特征,在此基础上还探讨了预应力钢筋混凝土梁声发射过程的Kaiser点与相邻点时域波形信号的分形规律和它们的能量在相同频带的分布的特征。本文基于分形理论和G-P算法建立了试验过程中声发射信号特征参数的关联维数模型,通过编制了MATLAB计算程序,计算出了各个加载阶段下采集到信号特征参数的关联维数。通过分析各个循环加载阶段信号关联维数的演化特征,以此来研究预应力钢筋混凝土梁各个破坏阶段的损伤规律。另外还计算了Kaiser点与相邻点时域波形信号参数的关联维数,并且还通过小波包频带能量法计算了Kaiser点与相邻时域波形信号各个频带的能量百分比,探讨了Kaiser点与相邻点时域波形信号存在的分形特征和它们在各个相同频带上的能量分布特性。论文的主要成果如下:1.试验过程的各个循环加载阶段的声发射信号的特征参数序列在给定的尺度下存在明显的分形特征;各个荷载阶段下的关联维数是基本上不相同,则表明各个加载阶段过程中的声发射信号存在着自相似性,因此可以将声发射信号关联作为描述预应力钢筋混凝土梁构件的力学特征参数。2.当预应力钢筋混凝土梁承受荷载持续增大的条件下,声发射信号的关联维数整体上是处于一个下降的趋势,但局部也会出现上下波动的情况。关联维数的下降说明试件梁有损伤出现,关联维数的波动说明出现新的损伤代替旧的损伤发展,关联维数持续下降后并呈水平稳定的趋势,可作为结构临近极限破坏的征兆。3.当Kaiser效应失效后,预应力钢筋混凝土梁的历史应力对关联维数演化规律没有影响,可以不用考虑历史应力的影响,利用声发射信号特征参数的关联维数演化结构的损伤情况。4.通过预应力钢筋混凝土梁Kaiser点与相邻点的时域波形信号的关联维数的研究分析,发现Kaiser点时域波形信号幅值的关联维数要显著地小于相邻点的关联维数;5.通过分析Kaiser点与相邻各点的声发射时域波形信号在该频段的能量变化规律,可以得到Kaiser点时域波形信号的在它的优势能量频带62.5~125 kHz上的能量占它整个信号能量的百分比要大于其相邻点时域波形信号的。第5、6条结论可作为Kaiser波形信号的识别的特征。本文研究成果是在较为理想的实验室环境下完成的,将这些成果运用实际工程的检测中,还需要大量的试验进一步去论证和完善。
【关键词】：钢筋混凝土梁 声发射 分形 关联维数
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375.1
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景、现状及意义11-13
• 1.2 声发射技术在混凝土领域的研究现状13-17
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-17
• 1.3 本文主要研究内容17-19
• 第二章 声发射技术基本概述19-27
• 2.1 声发射技术19-20
• 2.2 声发射信号的类型以及特征参数20-22
• 2.3 声发射信号处理方法22-27
• 2.3.1 参数分析法22-25
• 2.3.2 波形分析方法25-27
• 第三章 试验试件制备和设备27-35
• 3.1 引言27
• 3.2 试件制备27-29
• 3.2.1 试件设计27-28
• 3.2.2 试件制作28-29
• 3.3 试验设备29-31
• 3.3.1 声发射检测仪器29-30
• 3.3.2 静态应变测试系统30-31
• 3.3.3 试验加载系统31
• 3.4 试验装置及声发射采集系统的参数设定31-33
• 3.4.1 试验装置31-32
• 3.4.2 声发射仪器的参数设定32-33
• 3.5 试验加载方式33-35
• 第四章 预应力钢筋混凝土梁声发射信号的分形特征研究35-53
• 4.1 引言35-36
• 4.2 分形理论36-38
• 4.2.1 分形定义36
• 4.2.2 分形维数36-38
• 4.3 声发射信号特征参数关联维数模型的建立38-40
• 4.3.1 关联维数模型的建立38-39
• 4.3.2 重构相空间维数m的确定39-40
• 4.4 预应力钢筋混凝土梁损伤过程AE信号的分形特征及演化分析40-48
• 4.4.1 AE信号的分形特征40-42
• 4.4.2 AE信号关联维数的演化分析42-48
• 4.5 历史应力对AE信号关联维数演化规律的影响48-51
• 4.5.1 Kaiser点的初步判断48-50
• 4.5.2 Kaiser效应失效后历史应力对关联维数演化规律的影响50-51
• 4.6 本章小结51-53
• 第五章 基于分形理论和小波包能量法对Kaiser点识别研究53-74
• 5.1 引言53
• 5.2 Kaiser点信号的确定及频谱分析53-58
• 5.2.1 Kaiser点的确定53-57
• 5.2.2 Kaiser点信号的频谱分析57-58
• 5.3 Kaiser点与相邻点信号的分形特征58-65
• 5.3.1Kaiser点与相邻点时域波形信号的提取58-61
• 5.3.2 Kaiser点与相邻点时域波形信号的分形识别特征61-65
• 5.4 Kaiser点信号的小波包能量分析65-73
• 5.4.1 小波包分析—频带分解65-67
• 5.4.2 小波包分量重构信号的能量计算67-68
• 5.4.3 Kaiser点信号及相邻点波形信号的能量分布特征68-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 硕士期间已录用文章81

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