[發明專利]一種基于聲發射參數與遺傳算法優化BP神經網絡的鋼筋混凝土梁損傷狀態識別方法

在審

• 申請號: 202011556936.4
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112613105A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 顧愛軍;蘇銘;王舉國;關慶圓
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06N3/08;G06N3/12;G06F111/08
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

一種基于聲發射參數與遺傳算法優化BP神經網絡的鋼筋混凝土梁損傷狀態識別方法，鋼筋混凝土梁作為實驗對象，采集構件在四點彎曲分級加載作用下的聲發射信號，直至混凝土材料碎裂；計算b_a值，根據b_a值與能量的變化，將鋼筋混凝土梁損傷破壞階段分為四個階段；對聲發射事件參數進行人工分類，作為BP神經網絡的輸入樣本；對輸入樣本歸一化處理；選擇BP神經網絡中隱含層層數、隱含層節點數、激勵函數、學習速率；BP神經網絡的輸出層節點數為4，采用二進制編碼表示；遺傳算法參數初始化，選擇最大進化代數、種群規模、交叉概率、變異概率，計算適應度值；將遺傳算法迭代求解出最佳的初始閾值和權值賦予BP神經網絡，進行BP神經網絡訓練。

技術領域

本發明涉及一種基于聲發射參數與遺傳算法優化BP神經網絡的鋼筋混凝土梁損傷狀態識別方法，屬于混凝土材料損傷檢測技術領域。

背景技術

聲發射技術(AcousticEmission)是一項無損檢測技術，聲發射的現象是因材料內部快速釋放應變能而產生的瞬時彈性波。運用聲發射檢測技術接收到的信號常常源于材料內部的形變或損傷，聲發射信號參數(如幅度、持續時間、上升時間、振鈴計數、能量等)能夠較為直觀的反映材料內部損傷的萌發、發展狀況，具有實時、靈敏度高的優勢。

鋼筋混凝土作為一種強度高、剛度大、造價低的材料，廣泛應用于重要結構如橋梁、水閘、高層建筑的建設中。在這些建筑物正常運行過程中，會受到外界荷載、化學腐蝕的作用導致鋼筋混凝土構件強度的降低。為了保證結構安全、穩定的運行，需要及時、準確的監測、識別其損傷狀態。鋼筋混凝土構件受到外界荷載時，處于不同損傷階段聲發射信號特征參數會呈現不同的變化趨勢。然而鋼筋混凝土構件由于材料的多樣性、復雜性，產生的聲發射源往往存在不可分的情況。若簡單的設置單閾值或只分析某一聲發射特征參數難以將鋼筋混凝土構件產生的聲發射事件按照不同損傷程度進行分類識別。

為解決上述問題，需要采用非線性映射的分類器，而BP(BackPropagation)神經網絡是一種按誤差逆傳播算法訓練的多層前饋網絡，具有非線性映射、自組織性、自學習性等特點，在眾多領域得到廣泛使用。遺傳算法優化BP神經網絡包含BP神經網絡結構確定、遺傳算法優化和BP神經網絡預測，使用遺傳算法優化BP神經網絡的權值和閾值。因此，基于聲發射參數與遺傳算法優化BP神經網絡的鋼筋混凝土梁損傷狀態識別方法是可行的。

發明內容

為了解決現有技術方法的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于聲發射參數與遺傳算法優化BP神經網絡的鋼筋混凝土梁損傷狀態識別方法，對鋼筋混凝土構件處于不同損傷狀態時的聲發射信號特征參數進行分類識別，意義明確、針對性強，準確度高、可操作性強，為評估鋼筋混凝土構件在荷載作用下的內部損傷狀況提供一種新的方法。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種基于聲發射參數與遺傳算法優化BP神經網絡的鋼筋混凝土梁損傷狀態識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將鋼筋混凝土梁作為實驗對象，采集構件在四點彎曲分級加載作用下的聲發射信號，直至混凝土材料碎裂；

步驟2，根據聲發射參數中的幅值計算出b_a值(b_a值為改進優化的聲發射b值)；

步驟3，根據b_a值與能量的變化，將鋼筋混凝土梁損傷破壞階段分為四個階段，分別為原始孔隙壓密階段、微裂紋萌發階段、宏觀裂紋產生階段、最終破壞階段；