混凝土基樁超聲層析成像算法研究.pdf

1、隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，對建筑物質(zhì)量也提出了更高的要求，超聲波檢測作為一種非常實用的無損檢測手段得到了不斷的應(yīng)用，特別是在建筑基樁檢測中?；鶚蹲鳛榛炷两橘|(zhì)，屬于混凝土檢測的范疇。然而，由于基樁結(jié)構(gòu)的特殊性，目前對混凝土基樁的檢測仍處于定性或半定量的狀況，本文將深入探討超聲波CT在混凝土檢測中的應(yīng)用，討論采用改進的全局算法進行層析成像。
　　超聲波CT成像包括兩個部分：正演算法和反演算法，正演算法的原理根據(jù)介質(zhì)的特征追蹤超聲波傳

2、播路徑。傳統(tǒng)正演算法借鑒醫(yī)學CT算法，采用直線追蹤的方法，然而，超聲波不同于X射線，超聲波在介質(zhì)中傳播會發(fā)生折射，繞射和散射等特性，直線追蹤的方法不能滿足要求。理論證明，超聲波在異質(zhì)界面中傳播符合費馬原理走時最短的條件，本文采用基于SNELL定律的曲線追蹤的方法，通過在MATLAB平臺設(shè)計超聲波路徑追蹤程序并模擬超聲波在含有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的混凝土中的傳播，結(jié)果表明，曲線追蹤算法能夠很好的追蹤超聲波的傳播行為。
　　其次重點討論了超聲反演

3、算法，超聲波反演的算法很多，傳統(tǒng)算法大致分為連續(xù)型反演算法和離散型反演算法，經(jīng)典的SIRT反演算法在計算時候數(shù)值不夠穩(wěn)定，問題求解的誤差大，求解方程容易出現(xiàn)欠定，不相容的情況，本文提出應(yīng)用組合優(yōu)化的算法進行反演計算，基本組合優(yōu)化算法主要包括模擬退火、遺傳算法和粒子群算法。在遺傳算法計算前加入模擬退火搜索，可以提高算法搜索效率、穩(wěn)定性和收斂性，并在每輪計算中重新追蹤超聲傳播路徑，綜合得到改進模擬退火遺傳算法。將模擬退火算法加入到粒子群算法

4、，使算法過程更加全局性，在每一輪計算中重新計算曲線追蹤路徑，綜合這些得到改進模擬退火粒子群算法。反演結(jié)果表明，組合優(yōu)化類算法在反演時能得到更好的效果，改進模擬退火粒子群算法相比于SIRT算法和改進遺傳算法有更高的反演精度。
　　然后本文采用有限元軟件ABAQUS建立超聲波在混凝土中傳播的二維模型，并在模型中設(shè)定模擬自然缺陷，模擬超聲波在基樁中的傳播。首先在模型中確定接收點和發(fā)射點位置，通過軟件的后處理功能，輸出各個接收點和發(fā)射點的

5、位移時間圖像，計算從發(fā)射點到接收點的走時，利用先前設(shè)計的反演算法對采樣數(shù)據(jù)分別反演計算，結(jié)果表明，反演結(jié)果能直觀反映模擬自然缺陷，驗證算法的有效性。
　　最后通過設(shè)計含有模擬自然缺陷的基樁試塊考察組合算法在基樁反演成像中的應(yīng)用。首先在基樁試塊聲測管中設(shè)置各個接收點和發(fā)射點的位置，利用非金屬超聲儀在預(yù)先設(shè)定的測點采集數(shù)據(jù)，記錄各測點聲時，反演結(jié)果表明，組合優(yōu)化算法成像精度高，像素過度平滑，缺陷判別直觀。數(shù)值仿真結(jié)果和實驗結(jié)果相符合，