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基于惯性传感器的防波堤护面块体的健康监测技术研究

张育铭  
【摘要】:防波堤护面块体是沿海地区重要的水工防护物,它能够消除波浪对防波堤的巨大冲击,减缓波浪力对防波堤的破坏并且增加防波堤的使用寿命,大量防波堤塌陷事故表明:护面块体的位姿变化以及失稳是造成防波堤破坏的一个重要原因。当护面块体受到长时间波浪冲击后会使其表面被破坏甚至会造成大面积失稳,在之前对护面块体的位姿测量及失稳研究中,还仅仅停留在定性分析护面块体位姿测量变化和失稳并未给出具体的量化数值。本文提出了一种基于惯性传感器与防波堤护面块体相结合的研究办法分别对护面块体的位姿进行测量和护面块体失稳进行研究,并搭建了防波堤护面块体动态健康监测物联网云平台,结合工程实际环境对健康监测平台进行效果验证。首先,了解了惯性传感器的组成原理、信号的积分算法以及分散式滤波算法。其次,设计了护面块体位姿变化测量试验并对产生的信号进行了处理,然后进行了护面块体稳定性试验研究。这两个试验分别研究了护面块体在不同水位处的稳定性系数与碰撞数的关系、在不同水位的最大冲击速度变化趋势和试验块体摇摆角度对自身稳定性影响,以及试验块体失稳对周围护面块体的影响。最后,通过One NET物联网云平台搭建了动态防波堤护面块体健康监测平台,验证了健康监测平台的效果。结果表明:在对护面块体位姿变化测量研究中发现在水线z D_n=-2处的碰撞数要比在水线z D_n=0和z D_n=+2要大且最大冲击速度发生在水线z D_n=0处。同时,在对护面块体稳定性试验研究中发现试验块体失稳瞬间与周围护面块体钩连性会消失试验块体角度值的突变范围为10~30°,周围的块体会随着试验块体的失稳产生0~20°的小幅度角度变化但这不影响周围块体的整体稳定性。然后搭建的One NET物联网云平台能够动态的监测护面块体的三轴角度变化,当三轴角度值超过设置的阈值时会产生报警,将搭建好的健康监测平台与工程实际环境相结合验证了该健康监测平台的可靠性。所以,通过以上的研究可以定量的评价护面块体位姿变化以及失稳瞬间的摇摆角度值并实现了对防波堤护面块体的动态健康监测。


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