Structural performance evaluation of real civil infrastructure by merging dense point cloud data into FE analysis

通过将密集点云数据合并到有限元分析中，对真实民用基础设施的结构性能进行评估

基本信息

批准号：
21K04230
负责人：
宮森保紀
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Hokkaido University (2022)Kitami Institute of Technology (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04230/
关键词：
SfM FEM 点群構造解析維持管理点群モデル既存構造物健全度評価

项目摘要

近年ではデジタルトランスフォーメーションの普及に伴い，土木構造物の維持管理に３次元データの活用が推進されている．３次元データについては，３次元点群モデルの利用が注目されている．３次元点群モデルはSfMによる画像からモデルを構築する方法と，レーザースキャナーでモデルを構築する方法がある．いずれも，構築された点群モデルから構造物の寸法や変状を簡易にかつ正確に捉えられるが，SfMはカメラで撮影した画像を用いることができるので，安価で軽量なシステムを構築することができ，将来の応用可能性が高い．一方，点群モデルには表面欠損のような外面的な情報しか得ることができないデメリットもある．本研究では，点群モデルをより維持管理に活用できるようにするのを目的としている．具体的には，点群モデルを構造物の応力や変位を定量的評価できるFEMモデルに変換するアルゴリズム開発してきた．今年度は，今まで課題とされてきた部材隅角部のリブ状の要素や，要素の欠損を解消するモデル化手法を開発した．また，軸方向のみならず，軸直角方向にも部材が交差する構造の点群モデルをFEMモデルに変換するアルゴリズムを開発した．一方，点群モデルのノイズがFEMモデルの精度に悪影響を与えているため，実橋梁を対象として，SfMを用いてノイズが少ない点群モデルを構築し，FEMモデルに変換することが課題である．また，点群から構築したFEMモデルについて，概ねの応力分布だけでなく，応力の精度についても改善が必要である．

近年来，随着数字化转型的普及，3D数据的使用已被推广用于土木工程结构的维护和管理。关于3D数据，3D点云模型的使用正在引起关注。创建 3D 点云模型有两种方法：一种是从 SfM 图像构建模型，另一种是使用激光扫描仪构建模型。这两种方法都可以从构建的点云模型中轻松准确地捕获结构的尺寸和变形，但 SfM 可以使用相机拍摄的图像，从而更容易构建廉价且轻量级的系统，在未来的应用中具有很高的潜力。另一方面，点云模型也存在只能获取表面缺陷等外部信息的缺点。本研究的目的是使点云模型对于维护管理更加有用。具体来说，我们开发了一种算法，将点云模型转换为可以定量评估结构应力和位移的有限元模型。今年，我们开发了一种建模方法来解决零件拐角处的肋状单元和缺失单元的问题，这一直是一个问题。我们还开发了一种算法，可将结构的点云模型转换为有限元模型，其中构件不仅在轴向方向上而且在垂直方向上相交。另一方面，点云模型中的噪声对FEM模型的精度有负面影响，因此挑战是使用SfM构建噪声较小的点云模型并将其转换为FEM模型以进行实际应用桥。 ..此外，对于由点云构建的有限元模型，不仅需要提高总体应力分布，还需要提高应力精度。