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基于频响函数曲率的锚杆质量无损检测方法研究

王飞龙  
【摘要】:锚固技术已经广泛应用于各类隧道、边坡和地下工程中。由于锚杆施工是隐蔽工程,锚杆的损伤一般都在其内部,传统方法很难达到检测的目的,所以对其施工质量好坏的评判依然是一个难点。以拉拔实验为代表的破坏性检测有着明显的局限性,只能实现锚杆锚固质量的初步测量,对于高精度和高准确性的无损检测理论和实际检测方法中出现的问题,仍然需要做进一步地研究。本文基于频响函数的指标进行锚杆锚固质量无损检测,其研究内容主要为如下几点:(1)本文首先根据激励信号和响应信号估计频响函数,在其基础上计算频响函数曲率和曲率比两个指标,以此来对锚杆进行损伤识别。用ANSYS有限元软件数值模拟出的三种不同长度的完好锚杆和缺陷锚杆并对其进行受荷响应分析求解,用激励和响应的模拟数据求出其频响函数曲率和曲率比两者的曲线,通过完好锚杆和缺陷锚杆在频响函数曲率和曲率比曲线参数特性的不同达到损伤检测的目的,验证了算法的有效性。(2)本文改进了传统的奇异值分解去噪方法,通过把实测信号构造成Hankel矩阵,用全局最优的粒子群算法进行优化获得Hankel矩阵的行列数,然后对其进行奇异值分解,进而用K-medoids聚类算法来确定有效奇异值的个数,最后对其中的有效部分进行奇异值分解反变换,对优化后的行列数进行重构还原实测信号达到去噪的目的。通过信噪比这个指标可以判断此方法比小波分解和小波包去噪较好的保留信号的高频部分。(3)最后针对锚杆真实样本,在对激励和响应信号的实测数据利用改进的基于粒子群的奇异值去噪方法进行去噪的基础之上,估计出其频响函数曲率和曲率比两个曲线,通过完好锚杆和缺陷锚杆在频响函数曲率和曲率比曲线参数特性的不同达到损伤检测和验证的目的。


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