便携式桥梁检测系统的设计与实现

发布时间：2017-11-03 00:30

  本文关键词：便携式桥梁检测系统的设计与实现

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【摘要】：随着我国交通运输压力的增长,桥梁病害也频繁出现。这些病害若不能及时发现并做出相应的治理,将会对桥梁结构产生很大的损害,必然会给交通事故埋下隐患。同时,在桥梁检测中也存在着很多不方便之处,如检测效率低,需要的人力多,检测成本高等。为了解决目前存在的这些问题,本课题是长安大学与舟山市定海区交通工程质监站联合提出的一种便携式桥梁检测系统。文中主要设计了一种全新的集机械电子、图像处理、软件应用等技术于一体的便携式桥梁检测系统,整个系统包括机械伸缩和检测系统。尤其是在机械伸缩机构方面有一定的创新。本文首先对该系统做出了整体的设计方案,机构采用便携式轻型设计,伸缩管采用铝合金方管,伸缩方式上有别于现有的伸缩式检测设备,固定机构能够适应多种桥梁护栏。对垂直伸缩杆、水平伸缩杆、旋转机构尺寸以及方式做了详细的设计,得出了具体的设计参数并建立了三维模型,对所用到的电机也做了选择。在ANSYS的workbench中定义材质属性、划分网格、施加载荷,最后通过分析计算得知变形和应力都符合实际工程要求。其次,文中还对裂缝宽度的测量做了详细的研究。平板和CCD相机通过无线连接采集裂缝病害图像,对采集到的图像进行预处理获得裂缝边缘,检测边缘间的像素宽度,再经过坐标转换得到裂缝的真实宽度。最后,文中开发了专用的检测软件,主要对裂缝宽度进行测量,也能对其它病害进行拍照记录。将机械机构和检测系统集合到一起组成一个完整的桥梁检测系统。对检测软件进行标定后,整个检测系统在学校的彩虹桥上做了完整的实验验证。通过实验得知该机械系统能够稳定实现设计的要求,检测系统在裂缝宽度测量时也能够达到实际桥梁检测的要求。
【关键词】：便携式 有限元分析 桥梁检测 宽度测量
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景及意义8-10
• 1.2 国内外桥梁检测的现状10-14
• 1.3 本课题的主要内容14-15
• 第二章 便携式桥梁检测系统整体方案设计15-27
• 2.1 桥梁检测系统的功能及其要求15
• 2.2 桥梁检测系统总体方案设计15-16
• 2.3 机械伸缩机构的展开过程16-17
• 2.4 机械伸缩机构的设计17-22
• 2.4.1 垂直伸缩模块18
• 2.4.2 水平伸缩模块18-19
• 2.4.3 旋转模块19-22
• 2.5 检测系统的设计22-26
• 2.5.1 系统的结构22-25
• 2.5.2 系统的工作原理25-26
• 2.5.3 软件模块26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 机械伸缩机构的有限元分析27-38
• 3.1 弹性力学基本理论27-30
• 3.2 有限元法简介30-31
• 3.3 ANSYS workbench简介31-32
• 3.3.1 ANSYS workbench的特点31-32
• 3.3.2 分析的基本过程32
• 3.4 机械伸缩机构有限元模型建立32-35
• 3.4.1 机械伸缩机构的几何实体模型33
• 3.4.2 机械伸缩机构的网格划分33-34
• 3.4.3 边界条件及载荷的处理34-35
• 3.5 机械伸缩机构力学分析35-37
• 3.5.1 机械伸缩机构均匀受载35-36
• 3.5.2 水平杆端部集中受载36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 桥梁裂缝的提取与宽度测量38-58
• 4.1 桥梁裂缝的分类38-39
• 4.2 灰度变换39-43
• 4.2.1 线性灰度增强39-40
• 4.2.2 分段线性灰度增强40
• 4.2.3 非线性灰度增强40-41
• 4.2.4 直方图增强技术41-43
• 4.3 图像平滑去噪43-47
• 4.3.1 邻域平均法43
• 4.3.2 高斯平滑43-44
• 4.3.3 中值滤波44-47
• 4.4 边缘检测47-52
• 4.4.1 梯度算子和Roberts算子47-48
• 4.4.2 Sobel算子48-49
• 4.4.3 拉普拉斯算子49-50
• 4.4.4 高斯拉普拉斯算子50-52
• 4.5 裂缝宽度测量52-57
• 4.5.1 创建裂缝区域52-53
• 4.5.2 裂缝边缘提取测量53-56
• 4.5.3 像素宽度和实际宽度转换56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 检测系统软件的设计与实验58-65
• 5.1 软件开发环境及功能介绍58-59
• 5.2 裂缝的检测流程59
• 5.3 软件标定与实验59-64
• 5.4 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 总结65
• 展望65-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果70-71
• 致谢71

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本文编号：1133883