基于電磁激勵紅外熱成像檢測的CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷識別方法.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)損傷問題更為突出。為確保結(jié)構(gòu)安全工作并延長受損鋼結(jié)構(gòu)使用壽命，需要對結(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，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。無損檢測是保障鋼結(jié)構(gòu)以及其設(shè)備的安全和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。電磁激勵熱成像由于具有無接觸、檢測結(jié)果直觀、熱激勵效率高的優(yōu)點而成為無損檢測的熱點。 本文針對 C

2、FRP 修復(fù)鋼結(jié)構(gòu)試件后裂紋萌發(fā)及擴(kuò)展問題， 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機(jī)理，同時提出了一套基于電磁激勵熱成像的均勻溫度場損傷識別和提取方法，并通過實驗對檢測理論和損傷識別方法進(jìn)行驗證，研究結(jié)果對 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷的檢測具有重要意義。本文的主要研究內(nèi)容如下：（1）首先，分析了電磁激勵熱成像的 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷檢測原理，并通過理論和實驗分析了

3、CFRP 表面編織信息對檢測的影響； 在 COMSOL Multiphysics軟件上建立了電磁激勵熱成像法檢測 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過仿真分析激勵線圈的形狀， 不同裂紋長度和不同 CFRP 層數(shù)對 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)表面溫度分布的影響，為進(jìn)一步定量分析和實驗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)域生長和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的損傷提取算法，適應(yīng)不同長度裂紋和不同 CFRP 層數(shù)的 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷的提取， 分離和融合。 實現(xiàn)對損傷的位置，形狀和長度信息的提取。（4）構(gòu)建了電磁激勵熱成像檢測 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷實驗平臺，制作了適應(yīng)于 CFRP-鋼結(jié)構(gòu)損傷檢測的磁芯線圈和不同尺寸， 不同 CFRP 層數(shù)的裂紋損傷試件，驗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)域生長和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的損傷提取算