钢绞线疲劳寿命磁致伸缩导波检测方法研究

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钢绞线作为桥梁缆索的主要承载构件,其疲劳损伤会导致缆索失效,造成不可估量的损失。目前对钢绞线缺陷的检测大多集中在宏观缺陷,对疲劳损伤等微观缺陷研究较少。本论文采用磁致伸缩导波检测技术对钢绞线疲劳寿命检测方法进行研究,有望为后续桥梁缆索的疲劳寿命检测及评估提供支持。首先,基于半解析有限元理论,研究了疲劳磨损钢绞线导波传播特性。分析了疲劳磨损钢绞线的结构特点,将钢绞线疲劳磨损过程对应到中心钢丝和外围钢丝接触宽度的变化,以此建立了半解析有限元模型。对模型进行求解得到了频散曲线,根据频散曲线对疲劳磨损钢绞线的导波传播特性进行了分析,并通过实验验证了模型的正确性。结果表明,导波在钢绞线中传播时,有V形区域和缺失频率产生,且缺失频率随钢绞线中心钢丝和外围钢丝接触宽度的增加而增大。然后,根据疲劳磨损钢绞线的传播特性,提取了钢绞线疲劳寿命磁致伸缩导波检测信号的缺失频率、非线性系数和衰减系数等特征参数。研究了缺失频率对非线性系数、衰减系数的影响,缺失频率会使得非线性系数和衰减系数发生改变,在检测时需要排除缺失频率的影响。对钢绞线进行循环加载并进行磁致伸缩导波检测实验,得到了缺失频率、非线性系数和衰减系数随循环加载次数的变化规律。最后,为了提高特征参数对钢绞线疲劳寿命检测的准确率,根据支持向量机能够解决小样本、非线性等分类和预测问题,提出了基于支持向量机的钢绞线疲劳寿命导波检测信号处理方法。利用支持向量分类方法对新钢绞线和经过循环加载钢绞线导波检测信号的特征参数进行训练和判别,实现了新钢绞线和经过循环加载钢绞线的分类。针对钢绞线循环加载过程的导波检测信号特征参数,利用支持向量回归方法对特征参数进行了训练和预测,将预测结果与实际值进行了比较,最大相对误差为1.61%。
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