混凝土超声CT的数值模拟与试验研究
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摘要
为了使CT技术在混凝土超声探伤中有更好的应用，本文在弯曲射线追踪、反演算法、图像后处理方法、速度反演、衰减反演及双参量的缺陷判别六方面进行了数值模拟和试验研究。
本文通过采用扩张—收缩扫描算法，增加次级源的记录改进了线性走时插值(LTI)的射线追踪算法。数值模拟和试验研究表明LTI改进算法是一种有效的射线追踪方法，能追踪回波，适合复杂对象的层析成像。弯曲射线追踪反演结果比直射线追踪反演结果更符合真实情况。
本文引入了物理意义明确的自然权，对基于自然权的加权阻尼最小二乘反演算法(WLM)在速度反演、衰减反演中进行了数值模拟和试验研究，结果表明WLM均能获得良好的重建图像，迭代收敛，抗噪能力强。
依据模型参数方差向量，本文提出了方差截断后处理方法，并结合中值滤波和聚类分析，对原始反演图像进行去噪后处理，成效明显。
本文对超声波速度反演进行了数值模拟和试验研究，结果表明速度反演能正确反映混凝土内部缺陷的位置、大小和超声波速度性质。
本文对超声波幅值衰减反演进行了数值模拟和试验研究，对上升时间衰减反演进行了试验研究，结果表明衰减反演能正确反映混凝土内部缺陷的位置、大小和超声波衰减性质。
在利用速度反演得到混凝土声速和衰减反演得到混凝土吸收系数的基础上，本文根据声速和衰减两种不同的物理参量判别混凝土内部缺陷，可大大提高缺陷判别的精度和可靠度。
综上表明本文研究的混凝土超声CT探伤技术具有重要的学术意义和应用价值。
This mastership dissertation aims at CT technique of ultrasonic for concrete non-destructive test. On the one hand, an extension & compaction algorism is adopted and sub-resources are logged. Numerical simulations and experiments show that improved algorism of LTI is effective to trace rays including back waves and suitable for computerized tomography to complex object. Compared with straight ray tracing, inversion of bending ray tracing is better when data of test are accurate. On the other hand, natural weight is introduced and numerical simulations and experiments of WLM on inversion of velocity and attenuation are also made, which show that WLM, with resistance of noises and convergence of iteration, may get good re-construction images. And effects on improving original inversion image are clear by associated use of post treatments, variance truncating, median filtering and classification analysis. Furthermore, numerical simulations and experiments of inversion of velocity and attenuation are made. Results indicate that inversion of ultrasonic can reflect the position, size and property of defects right. In addition, concrete inner defects are identified based on two different physical parameter, velocity and attenuation, which will greatly increase precision and reliability.
In conclusion, the developed CT technique of ultrasonic for concrete non-destructive test is of great significance in both theory and practice.
本文通过采用扩张—收缩扫描算法，增加次级源的记录改进了线性走时插值(LTI)的射线追踪算法。数值模拟和试验研究表明LTI改进算法是一种有效的射线追踪方法，能追踪回波，适合复杂对象的层析成像。弯曲射线追踪反演结果比直射线追踪反演结果更符合真实情况。
本文引入了物理意义明确的自然权，对基于自然权的加权阻尼最小二乘反演算法(WLM)在速度反演、衰减反演中进行了数值模拟和试验研究，结果表明WLM均能获得良好的重建图像，迭代收敛，抗噪能力强。
依据模型参数方差向量，本文提出了方差截断后处理方法，并结合中值滤波和聚类分析，对原始反演图像进行去噪后处理，成效明显。
本文对超声波速度反演进行了数值模拟和试验研究，结果表明速度反演能正确反映混凝土内部缺陷的位置、大小和超声波速度性质。
本文对超声波幅值衰减反演进行了数值模拟和试验研究，对上升时间衰减反演进行了试验研究，结果表明衰减反演能正确反映混凝土内部缺陷的位置、大小和超声波衰减性质。
在利用速度反演得到混凝土声速和衰减反演得到混凝土吸收系数的基础上，本文根据声速和衰减两种不同的物理参量判别混凝土内部缺陷，可大大提高缺陷判别的精度和可靠度。
综上表明本文研究的混凝土超声CT探伤技术具有重要的学术意义和应用价值。
This mastership dissertation aims at CT technique of ultrasonic for concrete non-destructive test. On the one hand, an extension & compaction algorism is adopted and sub-resources are logged. Numerical simulations and experiments show that improved algorism of LTI is effective to trace rays including back waves and suitable for computerized tomography to complex object. Compared with straight ray tracing, inversion of bending ray tracing is better when data of test are accurate. On the other hand, natural weight is introduced and numerical simulations and experiments of WLM on inversion of velocity and attenuation are also made, which show that WLM, with resistance of noises and convergence of iteration, may get good re-construction images. And effects on improving original inversion image are clear by associated use of post treatments, variance truncating, median filtering and classification analysis. Furthermore, numerical simulations and experiments of inversion of velocity and attenuation are made. Results indicate that inversion of ultrasonic can reflect the position, size and property of defects right. In addition, concrete inner defects are identified based on two different physical parameter, velocity and attenuation, which will greatly increase precision and reliability.
In conclusion, the developed CT technique of ultrasonic for concrete non-destructive test is of great significance in both theory and practice.
引文
[1] Wittmann F H. Fracture Mechanics of Concrete. New York: Elsevier Science Publishing Company INC, 1983
[2] 吴中伟．混凝土材料学—各种混凝土的组成与结构．混凝土及建筑构件，1980，(4)：1～6
[3] 黄蕴元．混凝土材料科学研究中的若干进展(上)．混凝土及建筑构件，1982，(5)：2～7
[4] 黄蕴元．混凝土材料科学研究中的若干进展(下)．混凝土及建筑构件，1982，(5)：16～27
[5] 吴科如．混凝土破坏机理概论．混凝土与水泥制品，1985，(1)：2～8
[6] 国家建筑工程质量监督检测中心．混凝土无损检测技术．北京：中国建材工业出版社，1996
[7] 吴慧敏．结构混凝土现场检测新技术—混凝土非破损检测．第二版．湖南长沙：湖南大学出版社，1998
[8] 胡建恺，张谦琳．超声检测原理和方法．安徽合肥：中国科学技术大学出版社，1993
[9] 赵永辉，吴健生．高频雷达在混凝土无损检测中的应用及关键技术．CT理论与应用研究，2002，9(2)：9～13
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