正交异性钢桥面板疲劳损伤非线性电磁超声导波检测与定量评估

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51778104
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Fatigue damage is the most common failure type in the orthotropic steel deck and is very difficult to discover due to its feature of randomness and locality. Since the linear ultrasonic guided wave is not sensitive to tiny damage and very difficult to separate on the boundary signals, and need compare signals obtained from the pristine condition of a structure with those from the current state to identify damage. That is not suitable for fatigue damage overall process monitoring. This project proposed a kind of non-contact nonlinear electromagnetism ultrasonic guided wave as a tool of the fatigue damage detection. Firstly, the sharp interface model and auxiliary air cells for nonlinear analysis of the interaction between the electromagnetism ultrasonic wave and the fatigue damage were developed. A rapid speed and high precision wavelet spectral element method were proposed to study nonlinear guided wave propagation in the orthotropic steel decks. The relationship between nonlinear characteristic parameter and fatigue damage variable was obtained. Secondly, the point-focusing electromagnetic ultrasonic transducers for SV waves were developed for fatigue damage inspection of orthotropic steel deck. A fully automated baseline-free theory model of fatigue damage localization was established. Thirdly, the wavelet analysis technology was used to decompose the nonlinear guided wave signal, sensor array technology and the nonlinear guided wave time inverse method was combined to improve the ability for damage localization of multiple fatigue damages. By applying these technologies, the quantitative evaluation of damage scale and crack orientation of the fatigue damage region were realized. Finally, the effectiveness and correctness of these methods in the project would be verified through experiment.
疲劳损伤是正交异形钢桥面板最常见的失效形式,隐蔽性高、随机性强、局部化突出。现有的线性超声导波对微小损伤不敏感、边界信号不易分离、大部分依赖无损状态参考信号识别损伤,很难用于疲劳损伤全过程检测。本项目提出一种非接触式的非线性电磁超声导波对其疲劳损伤进行检测。首先,构建一个尖锐界面模型和辅助虚拟单元用于导波与疲劳损伤相互作用的非线性分析,发展一种计算效率高的小波谱有限元方法模拟疲劳损伤非线性导波传播,建立疲劳损伤变量与导波之间的非线性效应模型。然后,提出疲劳损伤非线性导波检测的点聚焦型斜入射SV波电磁超声波相控阵换能器设计方法,创建疲劳损伤非线性电磁超声导波无参考信号检测理论模型。再次,基于小波技术分离导波信号非线性分量,提出传感阵列技术和非线性导波时间反转法相结合增强信号聚焦,识别多疲劳损伤;实现损伤尺寸、裂缝方向和疲劳区域定量评估。最后,通过试验验证本项目提出方法的有效性和正确性。

结项摘要

本项目首先进行了含有宏观缺陷及闭合缺陷的钢板的非线性超声导波传递过程的三维数值模拟,利用步进式扫描识别宏观缺陷及闭合缺陷,局部区域扫描进行初步成像。进行正交异性钢桥面板疲劳加载后非线性导波信号的捕捉以及非线性超声导波传递过程的二维数值模拟,模拟进一步说明了闭合裂纹可使超声导波发生明显的非线性响应。通过COMSOL有限元软件对电磁超声换能器的换能机理进行了仿真分析,探究了换能器参数对横波幅值的影响。利用电磁超声换能器实现非接触式无损检测,研究缺陷深度对回波信号幅值及能量的影响。分别以信号幅值、能量变化来表征缺陷深度对回波信号的影响,以无缺陷钢板检测信号为基础,构建以超声波衰减为基础理论的损伤指标AI值和EI值。为提高电磁超声Lamb波换能器换能效率和抑制多模态杂波为目标,对适用于铁磁性薄钢板的电磁超声Lamb波换能器进行设计,采用正交试验设计方法对电磁超声换能器探头参数进行优化,得到相关参数对检测信号强度的影响规律。提出一种基于等效时间和网格化迭代算法定位损伤位置,该方法可以实现损伤的精准定位。在含有疲劳缺陷的正交异性钢桥面板及其顶板母材试样上对比探究了疲劳对非线性超声导波的影响,在进行正交异性钢桥面板及其顶板母材试样的疲劳加载过程中,总结不同疲劳损伤程度下声速、能量及非线性参数的变化情况,并应用了HHT变换的实验信号处理方法提高了信号的时域分辨能力。将数值子模型技术用于正交异性桥面板焊缝的焊接残余应力的分布特性研究。采用基于连续损伤力学理论的非线性疲劳损伤模型对某在役斜拉桥的正交异性钢桥面板中上顶板与上顶板U肋的连接焊缝进行评估,并基于正交异性桥面疲劳实验对该非线性疲劳损伤模型进行了验证。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
Fracture Mechanism and Damage Evaluation of FRP/Steel-Concrete Hybrid Girder Using Acoustic Emission Technique
声发射技术FRP/钢-混凝土混合梁​​断裂机理及损伤评估
  • DOI:
    10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002758
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS IN CIVIL ENGINEERING
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Du, Fangzhu;Li, Dongsheng;Li, Yunyu
  • 通讯作者:
    Li, Yunyu
Stress corrosion damage evolution analysis and mechanism identification for prestressed steel strands using acoustic emission technique
声发射技术预应力钢绞线应力腐蚀损伤演化分析及机理识别
  • DOI:
    10.1002/stc.2189
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Li, Dongsheng;Tan, Meiling;Ou, Jinping
  • 通讯作者:
    Ou, Jinping
钢桥面板疲劳裂纹损伤非线性Lamb波检测的数值模拟与试验研究
  • DOI:
    10.11835/j.issn.2096-6717.2020.177
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    土木与环境工程学报(中英文)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    申伟;郑芳彤;李冬生
  • 通讯作者:
    李冬生
Damage evaluation and failure mechanism analysis of steel tube confined reinforced-concrete columns by acoustic emission technology
声发射技术钢管约束钢筋混凝土柱损伤评价及失效机理分析
  • DOI:
    10.1590/1679-78255339
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    Latin American Journal of Solids and Structures
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Du, Fangzhu;Pan, Shengshan;Li, Dongsheng
  • 通讯作者:
    Li, Dongsheng
超声导波针对均匀腐蚀的无基准评定方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张耀烨;李冬生;周智
  • 通讯作者:
    周智

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其他文献

基于波束成形网阵的声源定位及影响因素探究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    预应力技术
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  • 作者:
    冯全明;陈智;李冬生
  • 通讯作者:
    李冬生
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碳纳米纤维改性亚麻纤维复合材料的声发射损伤分析
  • DOI:
    10.12989/sss.2017.19.2.127
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    李冬生;邵俊波
  • 通讯作者:
    邵俊波
温室生菜能量动态变化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李冬生;李萍萍;王纪章
  • 通讯作者:
    王纪章
“固本解毒祛瘀”方药联合化疗治疗晚期非小细胞肺癌疗效观察
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    --
  • 发表时间:
    2017
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张富亮;孔凡铭;李冬生;胡国华;徐桐柏;乔曼;陈艳华;迟航
  • 通讯作者:
    迟航
Damage analysis of FRP/steel composite plates using acoustic emission
FRP/钢复合板的声发射损伤分析
  • DOI:
    10.1016/j.pscr.2015.03.002
  • 发表时间:
    2014-12
  • 期刊:
    Pacific Science Review
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈智;李冬生
  • 通讯作者:
    李冬生

其他文献

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李冬生的其他基金

套筒灌浆早期充盈缺陷主动微波热声二重效应联合快速检测及诊断方法
  • 批准号:
    52278294
  • 批准年份:
    2022
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  • 项目类别:
    面上项目
套筒灌浆早期充盈缺陷主动微波热声二重效应联合快速检测及诊断方法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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现役钢-混凝土组合结构界面损伤超声导波无基线识别及评价
  • 批准号:
    51478079
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    90.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
钢筋混凝土粘结损伤主被动波导一体化监测及评价
  • 批准号:
    51278083
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    85.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
桥梁拉索损伤声发射监测及健康诊断
  • 批准号:
    50808030
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 项目类别:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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