基于光学检测方法的斜拉桥模型试验与有限元分析.docxVIP

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基于光学检测方法的斜拉桥模型试验与有限元分析

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张玥贾会明

【摘要】本文将数字散斑相关方法、数字图像识别技术与有限元分析方法相结合，用于针对某斜拉桥结构模型的位移与裂纹进行检测。在试验过程中，采用人工制斑技术分别针对结构模型的索孔、固定端两处位置喷制散斑，利用本文编制的测量程序进行桥梁位移值的计算，将其作为已知边界条件施加在有限元模型上，获得桥梁结构的位移值、应力值与应变值，并基于数字图像识别技术进行桥梁微小缺陷检测。试验结果表明，上述光学检测方法可有效节约建模与计算时长、提高计算精度，在桥梁检测中具备良好的应用价值。

【关键词】桥梁检测;数字图像;数字散斑;有限元分析

Abstract：Thispapercombinesdigitalspecklecorrelationmethod，digitalimagerecognitiontechnologyandfiniteelementanalysismethodtodetectdisplacementandcrackofacable-stayedbridgestructuremodel.Inthecourseoftheexperiment，thedisplacementvalue，thestressvalueandthestrainvalueofthebridgestructureareobtainedbyusingthemanualspotmakingtechniquetospraythespeckleatthetwopositionsofthecableholeandthefixedendofthestructuremodel.Theexperimentalresultsshowthattheaboveopticaldetectionmethodcaneffectivelysavethemodelingandcalculationtime，improvethecalculationaccuracy，andhasgoodapplicationvalueinbridgedetection.

Keywords：BridgeDetection;DigitalImage;DigitalSpeckle;FiniteElementAnalysis

引言

在桥梁结构检测中，变形、位移量通常是判断桥梁结构质量的关键指标，以往采用接触式测量方法时无法有效保障测量精度，运用应变片测量应变值时也易受到测量面积、测量场所等条件的干扰，因此对于非接触式光学测量技术的研发与应用提出了更高的要求。本文采用的数字图像处理技术是一种新的光学测量技术，具有光路简单、表面处理技术简便、适用范围广等优势，能够实现全场非接触性、无损测试，将其应用于桥梁检测中可获取到更加精确的位移、应力与应变值，并且实现对桥梁微小缺陷的精确识别，能够有效提升桥梁检测质量。

1光学检测的基本原理与相关检测方法分析

1.1数字散斑原理

数字散斑相关方法是指依据变形前后物体表面随机分布的散斑场的统计相关性，确定物体的变形量。具体来说，需分别采集物体变形前、后的两幅数字散斑图，选取变形前数字散斑图中的一小块图像作为样本子区，则变形后的数字散斑图中与样本子区对应的图像区域即定义为目标子区，通过确定二者间的对应关系即可完成变形量的提取，其变形量主要由位移分量、应变分量两部分组成。在统计相关量计算时需建立一个数学标准，用于判断目标图像与样本图像中的子区是否对应，配合有哪些信誉好的足球投注网站算法完成位移、形变的求解[1]。在将数字散斑相关方法应用于实际测量中时，需利用摄像机记录散斑图，经由A/D转换器将散斑图转换为数字图像，并以图像数据文件的形式进行存储，通过数字相关方法运算求解出变形体的表面位移与应变。

1.2数字图像识别技术

1.2.1桥梁裂纹的图像特征分析

采用数字图像识别技术进行桥梁裂纹图像特征分析，从中可以发现，桥梁裂纹的宽度通常为一个较小的物理量，在采集到的图像中裂纹与背景的对比度往往较小，且易受噪声干扰的影响，为实现对较小物理量的非接触性测量并且保障测量结果的准确度，需针对桥梁裂纹图像进行综合处理，保障获取到的裂紋尺寸的可靠性[2]。

1.2.2桥梁裂纹的图像识别方法

首先是边缘检测，主要依据不同特征区域的灰度变化检测图像发生特性变化的具体位置，利用灰度值一阶导数的极大值代表边界点的强度，将图像f中的任意一点灰度值梯度设为G（x，y），其计算公式为：

其次是图像分割，主要指提取出图像中的边缘、区域等有意义的