混凝土超聲層析成像方法研究.pdf

1、由于混凝土材料本身的復雜特性以及在設計、施工、后期保養(yǎng)階段的不足，很多的混凝土構(gòu)件在建造以及使用過程中，會出現(xiàn)一些缺陷或者是損傷，嚴重影響了混凝土結(jié)構(gòu)物的使用安全，甚至會造成嚴重的惡性事故。如何能夠快速精確的獲得混凝土構(gòu)件內(nèi)部的質(zhì)量情況，為評估混凝土結(jié)構(gòu)物的性能提供準確的依據(jù)，顯得尤為重要。近年來，在混凝土的無損檢測中引入了超聲層析成像技術，能夠?qū)⒒炷两Y(jié)構(gòu)檢測面的質(zhì)量情況、缺陷大小分布，以圖像的形式精確、形象、完整的顯示出來，彌補了傳

2、統(tǒng)混凝土檢測方法的一些局限，成為混凝土結(jié)構(gòu)檢測的發(fā)展方向。本文從混凝土超聲檢測基本原理、基于射線理論的混凝土超聲層析成像理論及正演反演方法、基于菲涅耳體的混凝土超聲層析成像方法、層析成像結(jié)果圖像后處理方法及影響層析成像結(jié)果的主要因素等幾個方面，進行系統(tǒng)深入的研究，主要研究成果如下：
　　（1）針對混凝土測區(qū)內(nèi)部波速隨機分布、缺陷具有一定規(guī)律的特點，提出了一種基于Snell定律與擾動法相結(jié)合的改進射線追蹤方法，以適用于混凝土超聲層析

3、成像的正演過程特點。通過對不同模型的試驗結(jié)果表明，改進后的射線追蹤路徑更加接近真實聲波路徑，基于Snell定律改進的擾動法射線追蹤適用于混凝土超聲層析成像正演過程。
　　（2）通過對常規(guī)混凝土超聲層析成像迭代反演算法及最小二乘算法的研究，提出了適用于混凝土超聲層析成像的兩種改進ART算法、改進的共軛梯度算法及改進的LSQR算法。在兩種ART改進算法中分別引入波速分級和成像單元逐級分塊的概念；改進共軛梯度算法中引入預處理矩陣對投影矩

4、陣進行預處理，降低投影矩陣的條件數(shù)；改進LSQR算法中通過加入阻尼因子來抑制誤差造成的影響。通過數(shù)值模型及混凝土試塊試驗，對改進算法與原始算法進行了對比分析，結(jié)果表明，改進算法在計算速度和計算精度上都得到了提高。通過大、小兩組混凝土試塊內(nèi)部缺陷成像結(jié)果試驗及分析，驗證了改進算法的有效性，成像結(jié)果圖像表明，改進算法均能夠較好地反映出混凝土試塊內(nèi)部的缺陷位置及分布。
　?。?）針對基于射線理論的混凝土超聲層析成像中由于射線稀疏、不完全

5、造成的不適定問題，提出了一種基于菲涅耳體的混凝土超聲層析成像方法。在混凝土超聲層析成像中，超聲波的能量傳播實際上是在第一菲涅耳體內(nèi)，利用菲涅耳體代替射線來進行混凝土層析成像，可以增加算法對混凝土測區(qū)內(nèi)的覆蓋范圍，從而提高層析成像反演的速度和效率，并且層析成像結(jié)果圖的分辨率和可靠性也將會得到提高。通過數(shù)值理論模型及混凝土試塊試驗驗證了基于菲涅耳體混凝土超聲層析成像方法的優(yōu)越性。
　?。?）研究了混凝土超聲層析成像結(jié)果圖像的后處理方法