基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法
2023-05-12 11:26:31
基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法，利用熱成像儀觀測混凝土表面溫度場分布，得出典型測點溫度數據以及紅外熱像圖；基於熱成像儀觀測的溫度數據，使用蛙跳算法反演出混凝土熱力學參數；由反演出的混凝土熱力學參數，仿真模擬出混凝土的溫度場、應力場；利用熱成像儀觀測的溫度數據與仿真模擬的溫度場、應力場，綜合分析混凝土開裂情況。本發明將紅外熱像圖對比對應的仿真模型中的混凝土表面的溫度場、應力場來檢驗計算結果正確性與溫控方案的可行性，可克服現有大體積混凝土溫度探測方法中的諸多不足。
【專利說明】基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法，屬於水利水電工程的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前大體積混凝土溫控防裂中對溫度監控使用一次性埋入式熱阻傳感器來探測混凝土溫度，在埋入傳感器的過程中，給施工人員帶來施工難度同時也增加了技術成本，另一方面技術人員採集數據要到埋置點量測，也帶來了工作難度。自1957年第一次使用熱成像技術探測乳腺癌以來，紅外在設備診斷、材料無損檢測、試件自動測試等方面得到了廣泛應用，紅外熱像儀的使用已涵蓋了眾多的領域。採用遙感非接觸式的監測手段，具有無損採集和方便的特點，在土木結構的檢測驗收中已有很多成功的案例，發明紅外遙感探測方法解決施工期大體積混凝土溫控防裂問題成為必然。
[0003]蛙跳算法是本世紀初，￡11811打提出的一種基於群體協同搜索的智能計算方法。算法模擬青蛙尋找食物時，按照族群分類進行思想傳遞的過程，將全局信息與局部深度搜索組合來實現的一種新型反分析方法，方法具有概念簡單易於理解和參數少，全局搜索能力強等特點。張國新等人的《一種混凝土壩的溫控防裂監測方法》專利中曾就採用機器學習理論，建立支持向量機 模型獲得未來指定時間的溫度場，發明新型反分析方法的求解大體積混凝土施工階段的熱力學參數，進而準確仿真模擬出不同時段的混凝土溫度場有重要的現實意義。
[0004]上述研究內容源於國家自然科學基金《災變條件下特高混凝土壩失效破壞的關鍵力學問題》中的子課題「應力場與溫度場的耦合作用機制」。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法，克服了現有大體積混凝土溫度探測方法中的不足。
[0006]本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案:
[0007]—種基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法，包括以下具體步驟:
[0008]步驟1，利用熱成像儀觀測混凝土表面溫度場分布，得出典型測點溫度數據以及紅外熱像圖；
[0009]步驟2，基於熱成像儀觀測的溫度數據，使用蛙跳算法反演出混凝土熱力學參數；所述蛙跳算法具體如下:
[0010]201，初始化參數，確定蛙群的數量、種群以及每個種群的青蛙數；
[0011]202，隨機產生初始蛙群，並計算各個蛙的最適值；
[0012]203，按最適值的大小進行降序排列，並記錄好最優解，將蛙群分成族群；
[0013]204，進行局部尋優，對每一個族群進行元進化；
[0014]205，將各個族群進行混合，即在每個族群都進行一輪元進化後，將各族中的蛙進穩定溫度場有限單元法正演得出的特徵點
目比，具有以下技術效果:
於傳統混凝土測溫方法，不用接觸被測物，
所有點的溫度情況，具有直觀性；還可以比
差等；
可以實時傳輸到電腦進行分析監控；
長解過程中混凝土熱力學參數過程中，所需:略，每個子群可以搜尋一個方向，並由子群最優的熱力學參數值；
6間的信息交互，能全局搜索到最優的熱力外熱像圖；
[0033]步驟2，基於熱成像儀觀測的溫度數據，使用蛙跳算法反演出混凝土熱力學參數。
[0034]在反演算法中將混凝土熱學參數看成為一個體，目標函數
【權利要求】
1.一種基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法，其特徵在於，包括以下具體步驟: 步驟1，利用熱成像儀觀測混凝土表面溫度場分布，得出典型測點溫度數據以及紅外熱像圖； 步驟2，基於熱成像儀觀測的溫度數據，使用蛙跳算法反演出混凝土熱力學參數；所述蛙跳算法具體如下: 201，初始化參數，確定蛙群的數量、種群以及每個種群的青蛙數； 202，隨機產生初始蛙群，並計算各個蛙的最適值； 203，按最適值的大小進行降序排列，並記錄好最優解，將蛙群分成族群； 204，進行局部尋優，對每一個族群進行元進化； 205，將各個族群進行混合，即在每個族群都進行一輪元進化後，將各族中的蛙進行重新排列和族群劃分，並記錄全局最優解，即為混凝土熱力學參數； 206，檢驗計算停止條件，若滿足算法收斂條件，則停止算法的執行過程，否則返回步驟203 ； 步驟3，由反演出的混凝土熱力學參數，仿真模擬出混凝土的溫度場、應力場； 步驟4，利用熱成像儀觀測的溫度數據與仿真模擬的溫度場、應力場，綜合分析混凝土開裂情況，若計算出的溫度應力超過混凝土的抗壓強度，則溫控方案不合理，修改溫控方案並返回步驟I ;反之則溫控方案合理，終止過程。
2.根據權利要求1所述的一種基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法，其特徵在於，步驟3中所述仿真模擬出混凝土的溫度場、應力場通過有限元模型進行。
3.根據權利要求1所述的一種基於熱成像儀的混凝土溫度監測與仿真反分析方法，其特徵在於，步驟2中所述娃跳算法的目標函數為
【文檔編號】G01N21/84GK103837533SQ201410020425
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】許軍才, 沈振中, 任青文 申請人:河海大學