[發明專利]一種便攜式混凝土壩材料動力參數測試系統與測試方法

有效

• 申請號: 201811344905.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109522639B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 蘇懷智;周仁練
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種便攜式混凝土壩材料動力參數測試系統與測試方法，測試系統包括數據采集模塊、數據分析模塊和可視化操控模塊。測試方法為：現場采集測試對象的振動響應數據；識別測試對象的實測運行模態參數；導入測試對象的有限元模型；生成材料動力參數組合，調用有限元軟件模塊計算各組合方案對應的大壩結構各階模態參數；將所得結果與對應參數組合組成訓練集，訓練支持向量機；生成初始參數種群，利用訓練好的支持向量機模型，算得各種群個體對應的各階模態計算值；計算目標函數值，根據目標函數值保留最佳個體，引導量子旋轉門更新，生成新種群，逼近最佳參數；當目標函數值取得最優或迭代次數達到最大時，輸出最佳個體(材料動力參數)。

技術領域

本發明涉及大壩安全監控領域，尤其涉及一種混凝土壩材料動力參數測試系統，同時還涉及基于該動力參數測試系統的測試方法。

背景技術

彈性模量、變形模量等材料參數作為影響大壩結構性態的核心內因，是表征大壩安全狀況的重要指標，其值的準確確定以及演化特征的深入剖析，對合理評價大壩材料性能、結構性態，科學診斷大壩服役安全狀況等具有重要的支持意義。傳統常采用現場鉆孔取樣再經實驗室測試的方式得到混凝土壩的材料參數，然而，該方式所取的混凝土試塊具有隨機性，加之尺寸效應，試塊材料參數與大壩真實的材料參數大多存在差異，使得該方法所得參數結果實質上僅僅是局部試塊的參數，而非大壩(或壩段)作為一個整體結構的材料性能參數；另外，此方式也難以了解材料參數在大壩漫長服役期間的演化特征。

伴隨傳感技術的快速發展以及高新儀器、裝置的涌現，依據大壩原型監測資料，采用反演分析方法，已成為獲取和辨識混凝土壩材料動力參數及其演化特征的重要方式。特別是“汶川地震”后，工程界加強了結構動力監測，為許多重要大型水利水電工程建設了地震監測系統，為實時獲取大壩振動響應數據提供了強力支撐。然而也不容忽視的是，更多的中小型工程，仍然未建設地震監測系統，如何準確有效地獲取這些大壩的材料動力參數、診斷其服役工作狀況，仍然是待解決的工程難題。

發明內容

發明目的：針對目前混凝土壩動力參數測試方法和測試工具不足等問題，本發明提供了一種便攜式混凝土壩材料動力參數測試系統與方法，以期為科學分析混凝土壩材料性能、結構性態以及科學診斷大壩服役安全狀況提供及時的數據支持。

技術方案：一種便攜式混凝土壩材料動力參數測試系統，包含數據采集模塊、數據分析模塊和可視化操控模塊，所述采集模塊采集大壩的振動響應數據，識別大壩模態參數，并基于此反演大壩材料的動力參數。

具體的，所述數據采集模塊包括振動傳感器、信號調理器和數據采集器，用于現場采集大壩的振動數據，其中，所述振動傳感器可用于水下環境。

所述數據分析模塊集成于工控機中，包含數據存儲模塊和計算模塊；其中計算模塊包括用于識別大壩模態參數的模態參數識別子模塊和用于計算混凝土壩材料動力參數的反演計算模型。

所述數據存儲模塊用于存儲大壩的基本信息、數據采集模塊采集的振動響應數據、可視化操控模塊發送的系統管理數據和大壩材料動力參數計算過程和結果。

優選的，所述反演計算模型包括調用有限元軟件模塊建立的數值模型和多輸出支持向量機建立的數據關系模型。

進一步優選的，所述信號調理器、數據采集器和工控機內嵌于便攜式手提箱內。

一種采用所述混凝土壩材料動力參數測試系統的測試方法，包括以下步驟：

步驟一：現場采集測試對象的振動響應數據；所述測試對象為大壩和/或壩段；

步驟二：識別測試對象的實測運行模態參數；

步驟三：導入測試對象的有限元模型；

步驟四：生成材料動力參數組合，調用有限元軟件模塊計算各組合方案對應的大壩結構各階模態參數；