基于電磁激勵(lì)紅外熱成像檢測(cè)的CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法.pdf

1、 I摘 要在役鋼結(jié)構(gòu)中存在各種損傷，承載疲勞載荷的結(jié)構(gòu)損傷問(wèn)題更為突出。為確保結(jié)構(gòu)安全工作并延長(zhǎng)受損鋼結(jié)構(gòu)使用壽命，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)和加固。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）粘結(jié)修復(fù)技術(shù)以其高效率、低成本，且能顯著提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命等優(yōu)點(diǎn)，在鋼結(jié)構(gòu)整體和局部損傷加固研究中應(yīng)用潛力巨大。無(wú)損檢測(cè)是保障鋼結(jié)構(gòu)以及其設(shè)備的安全和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。電磁激勵(lì)熱成像由于具有無(wú)接觸、檢測(cè)結(jié)果直觀、熱激勵(lì)效率高的優(yōu)點(diǎn)而成為無(wú)損檢測(cè)的熱點(diǎn)。 本文針對(duì) C

2、FRP 修復(fù)鋼結(jié)構(gòu)試件后裂紋萌發(fā)及擴(kuò)展問(wèn)題， 利用 COMSOL有限元軟件建立了 CFRP-膠層-鋼結(jié)構(gòu)的精細(xì)有限元模型，研究多層異性介質(zhì)結(jié)構(gòu)下的渦流熱成像檢測(cè)機(jī)理，同時(shí)提出了一套基于電磁激勵(lì)熱成像的均勻溫度場(chǎng)損傷識(shí)別和提取方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)檢測(cè)理論和損傷識(shí)別方法進(jìn)行驗(yàn)證，研究結(jié)果對(duì) CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷的檢測(cè)具有重要意義。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）首先，分析了電磁激勵(lì)熱成像的 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)原理，并通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)分析了

3、CFRP 表面編織信息對(duì)檢測(cè)的影響； 在 COMSOL Multiphysics軟件上建立了電磁激勵(lì)熱成像法檢測(cè) CFRP-鋼結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過(guò)仿真分析激勵(lì)線圈的形狀， 不同裂紋長(zhǎng)度和不同 CFRP 層數(shù)對(duì) CFRP-鋼結(jié)構(gòu)表面溫度分布的影響，為進(jìn)一步定量分析和實(shí)驗(yàn)處理提供了理論分析和指導(dǎo)。（2） 提出了基于多層小波變換和 RGBN 圖像處理方法， 去除熱像圖中 CFRP纖維編織信息和背景干擾，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)損傷的提取和量化做出鋪墊。

4、（3）提出了基于極值種子區(qū)域生長(zhǎng)和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的損傷提取算法，適應(yīng)不同長(zhǎng)度裂紋和不同 CFRP 層數(shù)的 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷的提取， 分離和融合。 實(shí)現(xiàn)對(duì)損傷的位置，形狀和長(zhǎng)度信息的提取。（4）構(gòu)建了電磁激勵(lì)熱成像檢測(cè) CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，制作了適應(yīng)于 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的磁芯線圈和不同尺寸， 不同 CFRP 層數(shù)的裂紋損傷試件，驗(yàn)證了基于多層小波變換和 RGBN 圖像處理方法、基于極值種子區(qū)域生長(zhǎng)和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的損傷提取算