配筋混凝土缺陷无线超声波阵列聚焦成像与智能识别研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908192
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Common defects of reinforced concrete (e.g. hole et al.) have adverse effects on the strength and durability of concrete structures, which would lead to a potential risk of structural failure under extreme circumstances. Therefore, it is critical to obtain comprehensive information regarding defects in the reinforced concrete, which is also critical for the accurate quality evaluation of concrete structures. Based on this, this proposal intends to carry out the research from the aspects of effective defect detection, synthetic aperture focusing imaging, intelligent defect recognition and quantitative estimation by the digital image method. Details of this study are structured as follows. First of all, the propagation mechanism of ultrasonic wave in reinforced concrete under coupled effects of multi-factors will be studied at a micro-scale level, and this study will be conducted by both experimental techniques and numerical simulation. Based on the mechanism study above, a collaborative optimization algorithm of key parameters of ultrasonic excitation and receiving will be established to achieve effective defect detection. Secondly, the mechanism study of synthetic aperture focusing imaging will be carried out, and the influence mechanism of ultrasound echo signal characteristics on the imaging resolution will be revealed. Based on the research, a real-time imaging resolution optimization at low wireless transmission rate will be carried out on the basis of the targeted optimization of ultrasonic signals collected by an array of sensors. In addition, the reliability and accuracy of the algorithm will be verified through experiments with the array of wireless ultrasonic sensors. In the end, an intelligent defect recognition method will be established using the convolution neural network. In addition, the image characteristics of defects will be extracted automatically through designed algorithm, and a quantitative evaluation of defects based on will be achieved based on image characterization parameters. This study will lay theory foundation for further study of concrete quality control and life-cycle health monitoring of structures. In addition, it can also play an important constructive role in engineering practice.
孔洞等配筋混凝土常见缺陷对结构强度与耐久性产生不利影响,带来极端情况下结构失效的潜在风险。因此获得配筋混凝土内部全面缺陷信息,为结构质量评估提供准确依据显得尤为重要。本项目拟从缺陷有效感知、聚焦成像、智能识别与图像定量评价入手,开展以下三方面研究:(1)实验与数值模拟结合,从细观层面研究多因素耦合作用下钢筋混凝土介质中超声波传播机理,通过协同优化超声波信号激励与采集布置核心参数,实现缺陷有效感知;(2)开展合成孔径聚焦成像机理研究,揭示超声回波信号特征对成像分辨率影响机制,通过针对性优化阵列采集信号,提高无线低传输速率下实时成像分辨率,并采用无线超声波阵列传感器试验验证;(3)基于深度学习卷积神经网络,研究超声波缺陷成像智能识别与特征提取方法,实现基于图像表征参数的配筋混凝土缺陷量化评价。研究成果为混凝土质量科学控制和结构全寿命健康监测进一步奠定理论基础,对工程实践具有重要的指导作用。

结项摘要

孔洞等常见缺陷对土木工程结构的强度与耐久性产生不利影响,带来结构在极端情况下失效的潜在风险。因此定量评价损伤的尺寸,为评估提供准确依据显得尤为重要。本项目从损伤有效超声波感知、超声波与缺陷相互作用机理和定量评价三方面入手,开展以下研究工作:(1)缺陷作用下超声波传播规律研究:研发无线超声波传感系统,采用实验方法研究不同尺寸缺陷对超声波传播规律的影响,结合数值仿真方法,建立对应有限元分析模型,开展超声波传播规律研究,对不同到达时间的采集超声波子波信号归属进行分析;(2)无线采集信号预处理方法研究:开展了基于sinc方程的波形增采样重建方法和超声波采集信号带通滤波方法研究,研究结果表明,提出的方法可有效提高超声波采集信号的信噪比;(3)缺陷定量识别方法研究:结合不同到达时间超声波到达子波的来源分析,确定需要分析的关键子波组分;开展损伤敏感因子提取方法研究,通过基于离散希尔伯特—黄变换的超声波波形信号包络检波,获取更精准的子波幅值信息;结合损伤尺寸信息,建立基于超声波采集信号包络线特征参数的损伤定量模型,通过在不同类似的疲劳损伤试件中应用,验证了方法的正确性。研究成果可为严酷环境下混凝土结构全寿命周期性能智慧感知与劣化预警相关研究提供技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Experimental and Numerical Study on Characterization and Evaluation of Surface Cracks with Wireless Ultrasonic Sensor
无线超声波传感器表面裂纹表征与评估的实验与数值研究
  • DOI:
    10.1155/2020/3965980
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Mathematical Problems in Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen Shuo;Li Jing;Huang Donghui;Chen Yuzhi;Zhao Haitao
  • 通讯作者:
    Zhao Haitao
Fatigue crack propagation evaluation for thin plate structures using a wireless ultrasonic sensing device
使用无线超声波传感装置评估薄板结构的疲劳裂纹扩展
  • DOI:
    10.1002/stc.2888
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Structural Control & Health Monitoring
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Chen Shuo;Zhou Guangdong;Zhao Haitao;Huang Donghui;Chen Yuzhi
  • 通讯作者:
    Chen Yuzhi

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其他文献

高盐水中硝酸根的电化学去除方法
  • DOI:
    10.1360/tb-2020-0766
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾雨薇;李雪;陈硕;于洪涛
  • 通讯作者:
    于洪涛
经济学研究中的机器学习:回顾与展望
  • DOI:
    10.13653/j.cnki.jqte.2020.04.008
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    数量经济技术经济研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王芳;王宣艺;陈硕
  • 通讯作者:
    陈硕
改性TiO2纳米复合材料光生阴极保护的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    材料保护
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨占元;李红;张鹏飞;崔星强;宋维哲;陈硕
  • 通讯作者:
    陈硕
生物医学光子学在糖尿病视网膜病变中的应用进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱姗姗;路交;刘鹤南;陈硕;曾柱;钱唯;陈晓隆
  • 通讯作者:
    陈晓隆
离子液体作为解堵剂的管道水合物分解实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    工业安全与环保
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    俞冬梅;王淼;王树立;赵书华;吕晓方;陈硕
  • 通讯作者:
    陈硕

其他文献

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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

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          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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