【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于土木工程結構健康監測與損傷識別領域，尤其涉及一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法。
技術介紹
1、正交異性鋼橋面板是由面板、縱向u肋和橫隔板焊接而成的復雜薄壁空間結構。該結構具有自重輕、承載能力高、施工方便等優點，是中、大跨度橋梁的首選橋面結構。然而，由于繁重的車輛載荷、長期的環境影響、結構特點和制造工藝等原因，正交異性鋼橋面板疲勞裂紋問題突出，導致結構性能和駕駛舒適性顯著降低。因此，能否精準定位正交異性鋼橋面板的疲勞裂紋對橋梁全生命周期的運行和維護至關重要。
技術實現思路
1、本專利技術目的在于提供一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法,克服了傳統聲發射定位方法存在多個解的難點，能夠實現更準確的損傷定位，為正交異性鋼橋面板的及時養護與維修提供科學依據。
2、為解決上述技術問題，本專利技術的具體技術方案如下：
3、一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，包括如下步驟：
4、步驟s1、通過待測矩形區域四個頂點上的聲發射傳感器采集正交異性鋼橋面板工作狀態下的聲發射信號；
5、步驟s2、根據正交異性鋼橋面板的復雜空間薄壁幾何構造，推導聲發射信號由不同位置潛在損傷源傳播到達聲發射傳感器的最短路徑公式；
6、步驟s3、利用赤池信息準則提取聲發射信號初到模式的到達時間，通過lamb波頻散理論獲取聲發射信號的頻散曲線，分別確定初到模式和a0模式的特征頻率和波速，并利用小波變
7、步驟s4、利用步驟s2中推導的最短路徑以及步驟s3中確定的多模式到達時間和波速參數建立用于正交異性鋼橋面板損傷定位的多目標優化模型；
8、s5、以多目標優化模型第一層為重要目標函數，通過分層序列法求解多目標優化模型，評估聲發射源的位置，即損傷的位置。
9、進一步的，步驟s2中，聲發射信號在板狀結構中以最有效的路徑傳遞能量，即最短路徑，稱為測地線距離；正交異性鋼橋面板是由面板和u肋焊接組成的薄壁空間結構，正交異性鋼橋面板的縱向為順著u肋延伸方向，橫向為沿著u肋開口的橫截面方向，具有多條聲發射信號傳播路徑；聲發射信號通過面板和u肋傳播；測地線距離與聲發射信號初始到達分量的路徑相關，理論上測地線距離就是聲發射信號初始到達分量的路徑；正交異性鋼橋面板長為l，寬為w，u肋開口寬為w1，底部寬為u1，深為h，u肋橫截面通長為u，u肋上有兩條分界線由下式定義下式：
10、
11、其中，w2為面板上從焊縫延橫向到聲發射傳感器的距離，u2為u肋上分界線延橫向到u肋底部的距離，u3為u肋上分界線延橫向到焊縫的距離；基于兩條分界線和焊縫，將鋼橋面板劃分為四個區域；將u肋展開成平面，得到正交異性鋼橋面板的兩個優化搜索的子定義域d1和d2，子定義域d1對應面板，子定義域d2對應u肋，以面板中心為坐標原點建立坐標系，兩個子定義域的表達式如下：
12、
13、其中，子定義域d1的坐標系表示為xf和yf，子定義域d2的坐標系表示為xu和yu。
14、進一步的，步驟s2中，推導損傷源到四個聲發射傳感器最短路徑公式為：
15、
16、
17、其中，d1、d2、d3、d4分別為不同位置潛在損傷源傳播到達四個聲發射傳感器的測地線路徑；通過公式(3)-(6)計算得到的源到傳感器最短路徑即認定為聲發射信號的實際傳播距離。
18、進一步的，在步驟s4中，提出的多目標優化模型表達式為：
19、
20、其中，e(xf,yf,xu,yu)和e'(xf,yf,xu,yu)分別為多目標優化模型的第一層目標函數和第二層目標函數；δtij為第i個傳感器和第j個傳感器采集到的聲發射信號初到模式到達時間；di和dj分別為損傷源到第i個傳感器和第j個傳感器的測地線距離；vs為聲發射信號初到模式的波速；多目標優化模型第二層目標函數中，di,m為利用式(8)計算的聲發射信號傳播距離：
21、di,m＝(ti,a-ti,s)×vs×va/(vs-va)?(8)
22、式(9)中，ti,s和ti,a分別為聲發射信號初到模式和a0模式的到達時間，va為聲發射信號a0模式的波速。
23、進一步的，在步驟s5中，利用分層序列法求解多目標優化模型的步驟為：
24、步驟s5.1、設定e(xf,yf,xu,yu)為多目標優化模型的重要目標函數，e'(xf,yf,xu,yu)
25、為次重要目標函數；
26、步驟s5.2、在步驟s2中劃分的四個區域內利用遺傳算法分別對函數e(xf,yf,xu,yu)
27、進行優化，找到其最優解集ω；
28、步驟s5.3、若ω唯一，則輸出損傷定位，若ω不唯一，則在最優解集ω的基礎上搜尋使得次重要目標函數e'(xf,yf,xu,yu)取得最小值的坐標，輸出聲發射源的位置，即損傷的位置。
29、本專利技術的一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，具有以下優點：
30、(1)本專利技術為一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，基于正交異性鋼橋面板復雜空間薄壁幾何構造推導損傷源到傳感器之間的最短距離計算公式。
31、(2)本專利技術為一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，用于正交異性鋼橋面板損傷定位的多目標優化模型，克服了傳統基于優化的定位方法無法適用于空間薄壁結構聲發射定位的難題。
32、(3)本專利技術為一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，根據多目標模型中聲發射信號多個模式到達時間的精度差異，以多目標優化模型第一層為重要目標函數，通過分層序列法求解多目標優化模型獲得更準確的損傷源定位。
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1.一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，其特征在于，步驟S2中，聲發射信號在板狀結構中以最有效的路徑傳遞能量，即最短路徑，稱為測地線距離；正交異性鋼橋面板是由面板和U肋焊接組成的薄壁空間結構，正交異性鋼橋面板的縱向為順著U肋延伸方向，橫向為沿著U肋開口的橫截面方向，具有多條聲發射信號傳播路徑；聲發射信號通過面板和U肋傳播；測地線距離與聲發射信號初始到達分量的路徑相關；正交異性鋼橋面板長為l，寬為w，U肋開口寬為w1，底部寬為u1，深為h，U肋橫截面通長為u，U肋上有兩條分界線由下式定義下式：
3.根據權利要求2所述的多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，其特征在于，步驟S2中，推導損傷源到四個聲發射傳感器最短路徑公式為：
4.根據權利要求3所述的多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，其特征在于，在步驟S4中，提出的多目標優化模型表達式為：
5.根據權利要求4所述的多目標優化增效的正交
...【技術特征摘要】
1.一種多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的多目標優化增效的正交異性鋼橋面板損傷聲發射定位方法，其特征在于，步驟s2中，聲發射信號在板狀結構中以最有效的路徑傳遞能量，即最短路徑，稱為測地線距離；正交異性鋼橋面板是由面板和u肋焊接組成的薄壁空間結構，正交異性鋼橋面板的縱向為順著u肋延伸方向，橫向為沿著u肋開口的橫截面方向，具有多條聲發射信號傳播路徑；聲發射信號通過面板和u肋傳播；測地線距離與聲發射信號初始到達分量的路徑相關；正交異性鋼橋面板長為l，寬為w，u肋開口寬...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李丹，聶佳豪，王浩，俞濤，茅建校，劉洋，王建國，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：
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