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桥梁拉索疲劳声发射信号处理及损伤分析

胡倩  
【摘要】:拉索作为斜拉桥重要受力元件之一,占有着十分重要的地位,但由于斜拉索长期暴露在外界环境中,易遭受环境腐蚀、外力冲击和疲劳损伤,将不要避免导致其损伤积累和抗力衰减,在极端情况下,可能引起灾难性的事故。为保证斜拉桥的正常运营,最好的办法是对其进行监测。声发射技术监测桥梁拉索损伤被证明是一种有效的方法,但是声发射信号易受外界环境干扰,不对其进行处理,很难快速、准确、有效揭示拉索损伤状况。因此本文利用适合的信号处理方法对采集的声发射信号进行有效地分析,对拉索的损伤状况作出合理的评价,保障桥梁服役安全。本文研究的主要内容包括: (1)提出小波信号奇异性检测理论刻画桥梁拉索不同损伤阶段,并用Matlab软件仿真信号对其检测的有效性进行为验证;然后提出了结合三倍方差准则和硬阈值去噪的方法,分析了该方法在处理含噪声的声发射信号中的效果;最后运用小波包分解信号,将各分解频带的能量因子作为声发射信号的特征参数,由此构造信号的特征向量,并通过计算各信号间特征向量的欧氏距离来识别信号不同的类型。 (2)分别对碳纤维拉索和多龄期拉索的疲劳损伤过程进行研究。具体内容包括:噪声的有效去除和从噪声信号环境中分离有效声发射信号;运用Kurtosis指标和b值指标表征碳纤维桥梁拉索损伤演化过程,结合参数统计分析各阶段特征;提取出损伤位置的特征波形,运用声发射模态分析技术,理解声源波形产生的机理及各种损伤波形的频率范围;将小波奇异性检测和声发射参数分析相结合,研究多龄期拉索疲劳损伤演化的过程、损伤的程度及损伤阶段的划分;利用故障检测因子来实现对多龄期拉索断丝信号的确定,研究腐蚀钢拉索疲劳损伤声源机理。 (3)提出基于主成分的桥梁拉索疲劳损伤声发射检测方法。具体包括:噪声对主成分模型的影响;基于主成分的损伤检测方法与单参数分析在损伤检测中的比较;基于主成分的损伤检测方法在噪声干扰下的检测精确性。 (4)通过信号融合技术将多通道信号或不同声发射参数信号进行有效融合,最大限度地突显了原始信号特征;采用基于主成分的融合方法实现了多通道信号的融合分析,并通过仿真数据验证了这种方法比传统的加权融合方法更有效、精确。结合多龄期桥梁拉索疲劳声发射数据验证了融合后信号在定位精度和模式识别上的提高,为识别声发射源的全面一致性估计提供了条件。


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