[发明专利]一种便携式混凝土坝材料动力参数测试系统与测试方法

说明书

本发明公开了一种便携式混凝土坝材料动力参数测试系统与测试方法，测试系统包括数据采集模块、数据分析模块和可视化操控模块。测试方法为：现场采集测试对象的振动响应数据；识别测试对象的实测运行模态参数；导入测试对象的有限元模型；生成材料动力参数组合，调用有限元软件模块计算各组合方案对应的大坝结构各阶模态参数；将所得结果与对应参数组合组成训练集，训练支持向量机；生成初始参数种群，利用训练好的支持向量机模型，算得各种群个体对应的各阶模态计算值；计算目标函数值，根据目标函数值保留最佳个体，引导量子旋转门更新，生成新种群，逼近最佳参数；当目标函数值取得最优或迭代次数达到最大时，输出最佳个体(材料动力参数)。

技术领域

本发明涉及大坝安全监控领域，尤其涉及一种混凝土坝材料动力参数测试系统，同时还涉及基于该动力参数测试系统的测试方法。

背景技术

弹性模量、变形模量等材料参数作为影响大坝结构性态的核心内因，是表征大坝安全状况的重要指标，其值的准确确定以及演化特征的深入剖析，对合理评价大坝材料性能、结构性态，科学诊断大坝服役安全状况等具有重要的支持意义。传统常采用现场钻孔取样再经实验室测试的方式得到混凝土坝的材料参数，然而，该方式所取的混凝土试块具有随机性，加之尺寸效应，试块材料参数与大坝真实的材料参数大多存在差异，使得该方法所得参数结果实质上仅仅是局部试块的参数，而非大坝(或坝段)作为一个整体结构的材料性能参数；另外，此方式也难以了解材料参数在大坝漫长服役期间的演化特征。

伴随传感技术的快速发展以及高新仪器、装置的涌现，依据大坝原型监测资料，采用反演分析方法，已成为获取和辨识混凝土坝材料动力参数及其演化特征的重要方式。特别是“汶川地震”后，工程界加强了结构动力监测，为许多重要大型水利水电工程建设了地震监测系统，为实时获取大坝振动响应数据提供了强力支撑。然而也不容忽视的是，更多的中小型工程，仍然未建设地震监测系统，如何准确有效地获取这些大坝的材料动力参数、诊断其服役工作状况，仍然是待解决的工程难题。

发明内容

发明目的：针对目前混凝土坝动力参数测试方法和测试工具不足等问题，本发明提供了一种便携式混凝土坝材料动力参数测试系统与方法，以期为科学分析混凝土坝材料性能、结构性态以及科学诊断大坝服役安全状况提供及时的数据支持。

技术方案：一种便携式混凝土坝材料动力参数测试系统，包含数据采集模块、数据分析模块和可视化操控模块，所述采集模块采集大坝的振动响应数据，识别大坝模态参数，并基于此反演大坝材料的动力参数。

具体的，所述数据采集模块包括振动传感器、信号调理器和数据采集器，用于现场采集大坝的振动数据，其中，所述振动传感器可用于水下环境。

所述数据分析模块集成于工控机中，包含数据存储模块和计算模块；其中计算模块包括用于识别大坝模态参数的模态参数识别子模块和用于计算混凝土坝材料动力参数的反演计算模型。

所述数据存储模块用于存储大坝的基本信息、数据采集模块采集的振动响应数据、可视化操控模块发送的系统管理数据和大坝材料动力参数计算过程和结果。

优选的，所述反演计算模型包括调用有限元软件模块建立的数值模型和多输出支持向量机建立的数据关系模型。

进一步优选的，所述信号调理器、数据采集器和工控机内嵌于便携式手提箱内。

一种采用所述混凝土坝材料动力参数测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：现场采集测试对象的振动响应数据；所述测试对象为大坝和/或坝段；

步骤二：识别测试对象的实测运行模态参数；

步骤三：导入测试对象的有限元模型；

步骤四：生成材料动力参数组合，调用有限元软件模块计算各组合方案对应的大坝结构各阶模态参数；