【摘要】：結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別在既有結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)與維護(hù)中具有重要意義。論文結(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力指標(biāo)與裂縫指標(biāo),利用基于頻響函數(shù)靈敏度的模型修正方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體損傷識(shí)別,利用基于圖像處理與三維重建的裂縫識(shí)別技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)局部損傷識(shí)別,形成由整體到局部、由宏觀到微觀的多尺度損傷識(shí)別方法。論文的主要研究成果有:(1)針對(duì)由整體到局部的多尺度損傷識(shí)別思路,論文利用模型修正的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的損傷定位及損傷程度初判;在此基礎(chǔ)上,利用圖像處理等方法實(shí)現(xiàn)局部裂縫的定量識(shí)別,從而實(shí)現(xiàn)了兩種損傷識(shí)別方法在邏輯與操作上的銜接。(2)在基于頻響函數(shù)靈敏度的模型修正中,針對(duì)參數(shù)敏感性分析、靈敏度方程組病態(tài)性、構(gòu)造靈敏度方程的頻響函數(shù)頻率點(diǎn)選取、阻尼處理等問題展開系統(tǒng)討論,給出了兩類靈敏度指標(biāo),提出了綜合考慮指標(biāo)敏感性與靈敏度方程組病態(tài)性的頻帶選擇指標(biāo),并結(jié)合數(shù)值算例對(duì)指標(biāo)予以說明、驗(yàn)證。(3)在基于頻響函數(shù)靈敏度的模型修正中,為處理數(shù)據(jù)不完備情況,提出了整體有限元模型縮聚、局部子結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)擴(kuò)展的兩步自適應(yīng)修正方法,實(shí)現(xiàn)了在測(cè)試數(shù)據(jù)嚴(yán)重不完備的情況下,對(duì)局部損傷的準(zhǔn)確識(shí)別。通過四邊固支有限元板的數(shù)值算例,驗(yàn)證了在測(cè)試數(shù)據(jù)嚴(yán)重不完備(約測(cè)得6%自由度)并存在噪聲干擾的情況下,該損傷識(shí)別方法的有效性及準(zhǔn)確性。(4)在基于圖像處理的裂縫識(shí)別中,針對(duì)混凝土表面裂縫圖像中可能存在的強(qiáng)噪聲,提出了自適應(yīng)的降噪算法。該方法結(jié)合背景減除損傷及Niblack’s二值化操作,實(shí)現(xiàn)在圖像處理過程中維持裂縫形態(tài)不變的前提下,最優(yōu)地消除噪聲。同時(shí),針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中常見的復(fù)雜裂縫形態(tài),提出了復(fù)雜裂縫的分解編號(hào)、單獨(dú)處理的方法,準(zhǔn)確地完成裂縫寬度與長度的參數(shù)計(jì)算。利用多組試驗(yàn)對(duì)該算法的有效性及精度進(jìn)行了驗(yàn)證。(5)在混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫識(shí)別研究中,針對(duì)傳統(tǒng)圖像的識(shí)別方法中存在的問題,結(jié)合三維重建技術(shù),提出了三維條件下的裂縫識(shí)別技術(shù):通過裂縫體表面三維重建、二維圖像裂縫參數(shù)識(shí)別、裂縫體三維并行投影等步驟,可實(shí)現(xiàn)裂縫圖像的傾斜拍攝、多表面貫穿裂縫識(shí)別以及大面積裂縫的合并、集成識(shí)別。對(duì)該方法進(jìn)行的試驗(yàn)驗(yàn)證表明其具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:Damage identification of structures plays an important role in the evaluation and maintenance of existing structures. Combined with the structural dynamic index and crack index, this paper uses the model correction method based on the sensitivity of frequency response function to identify the whole damage of the structure, and uses the crack identification technology based on image processing and three-dimensional reconstruction to identify the local damage of the structure. To form a multi-scale damage identification method from whole to local, from macro to micro. The main achievements of this paper are as follows: (1) aiming at the idea of multi-scale damage identification from whole to local, this paper uses the method of model modification to realize the damage location and damage degree judgment of the whole structure; On this basis, the image processing and other methods are used to realize the quantitative identification of local cracks, so that the two damage identification methods are connected in logic and operation. (2) in the model modification based on the sensitivity of frequency response function, the two damage identification methods are connected with each other in logic and operation. Based on parameter sensitivity analysis, ill-conditioned sensitivity equations, selection of frequency response function frequency points for constructing sensitivity equations, damping treatment and so on, two kinds of sensitivity indexes are given. A frequency band selection index considering index sensitivity and ill-conditioned sensitivity equations is proposed and illustrated by numerical examples. (3) in the model modification based on the sensitivity of frequency response function, the index is verified by numerical examples. In order to deal with the incomplete data, a two-step adaptive correction method is proposed to reduce and aggregate the whole finite element model and expand the frequency response function of local substructure, which realizes the accurate identification of local damage when the test data is seriously incomplete. A numerical example of a four-sided fixed-support finite element plate is given to verify that the test data is seriously incomplete (about 6% freedom) and there is noise interference. The effectiveness and accuracy of the damage identification method. (4) in the crack recognition based on image processing, an adaptive noise reduction algorithm is proposed for the possible strong noise in the concrete surface crack image. Combined with background reduction and Niblack's binarization, the method optimally eliminates noise while maintaining the same crack shape during image processing. At the same time, according to the common complex crack form in concrete structure, this paper puts forward the decomposition and numbering of complex crack and the method of dealing with it separately, so that the parameter calculation of crack width and length can be completed accurately. The validity and accuracy of the algorithm are verified by multi-group experiments. (5) in the research of surface crack recognition of concrete structures, the problems existing in the traditional image recognition methods are analyzed, and the 3D reconstruction technology is used to solve the problem. The technology of crack recognition under three-dimensional condition is put forward: through the steps of three-dimensional reconstruction of fracture body surface, two-dimensional image recognition of crack parameters, and three-dimensional parallel projection of crack body, the slant shooting of fracture image can be realized. Multi-surface penetration crack identification and large-area fracture combination, integrated identification. The experimental results show that the method has strong application value.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU317

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本文編號(hào)：2442859