[发明专利]一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统和方法

权利要求书

1.一种厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统，其特征在于，包括网格划分模块、数据采集模块、滤波模块、归一化模块、质能分析模块以及展示模块；

所述网格划分模块，用于对厚钢壳混凝土进行网格划分，确定检测区域；

所述数据采集模块，用于利用敲击锤在检测区域上施加冲击荷载，激发弹性振动波，并根据激发的弹性振动波，利用传感器获取检测区域的钢板表面自由振动波；

所述滤波模块，用于对钢板表面自由振动波进行分解与滤波处理，消除噪声；

所述归一化模块，用于对消除噪声后的自由振动波进行归一化处理，得到归一化后的自由振动波；

其具体为：根据消除噪声后的自由振动波，计算得到冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，其表达式如下：

其中，y(t)表示冲击下检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，y(0)表示厚钢壳混凝土结构的初始位移，D(t)表示初始速度为0的自由振动反应，表示厚钢壳混凝土结构的初始速度，V(t)表示初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应，h(t-τ)表示结构单位脉冲响应函数，f(τ)表示均值为0的平稳随机激励，τ表示自变量，t表示时间；

选择振幅为1的样本截取所述位移反应，得到时刻列表t_i，i＝1,2,3,...,n，并计算得到自t_i时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应，n表示总的时刻数，其表达式如下：

其中，y(t-t_i)表示自t_i时刻开始的位移反应，y(t_i)表示厚钢壳混凝土结构t_i时刻的位移反应，D(t-t_i)表示自t_i时刻的自由振动反应，V(t-t_i)表示自t_i时刻开始初始位移为0和初始速度为1时的自由振动反应，表示在冲击荷载作用下，t_i时刻检测区域中厚钢壳混凝土结构的速度反应；

将自t_i时刻开始的检测区域中厚钢壳混凝土结构的位移反应的时间起始点移至坐标原点，并计算得到自由振动波形函数：

其中，x_i(t)表示自由振动波形函数，AD(t)表示初始位移为A，初始速度为0的自由振动反应；

统计自由振动波形函数的平均值，得到归一化后的自由振动波；

所述质能分析模块，用于根据所述归一化后的自由振动波，建立质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系，其具体为：

对归一化后的自由振动波进行时间内积分处理，得到质能强度函数；

根据所述质能强度函数，计算得到厚钢壳混凝土的脱空高度；

将所述厚钢壳混凝土的脱空高度与实际厚钢壳混凝土的脱空高度进行拟合修正；

根据拟合修正结果，对厚钢壳混凝土中脱空位置处的脱空面积进行积分计算，并将计算结果与厚钢壳混凝土实际的脱空面积进行修正，得到修正后的脱空面积，完成质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标关系的建立；

所述质能强度函数的表达式如下：

其中，I(k)表示质能强度函数，Δt表示时间间隔，k表示自由振动采集时数据的采样点数，表示第i个采样点的数值，i表示采样点的编号，且i＝1,2,3,...,k；

所述厚钢壳混凝土的脱空高度的表达式如下：

d＝aI³-bI²+cI

其中，d表示厚钢壳混凝土的脱空高度，I表示质能强度，a、b和c表示常数；

所述展示模块，用于将质能强度与厚钢壳混凝土脱空指标的关系进行展示，完成对厚钢壳混凝土的脱空质能检测。

2.根据权利要求1所述的厚钢壳混凝土的脱空质能检测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括采集控制单元、敲击锤和传感器；

所述敲击锤，用于在检测区域施加冲击荷载，激发弹性振动波；

所述传感器，用于根据激发的弹性振动波，获取检测区域的钢板表面自由振动波，并传输至采集控制单元；

所述采集控制单元，用于将接收的自由振动波传输至滤波模块。