[发明专利]一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法

权利要求书

1.一种基于声发射波形分析的钢筋混凝土梁损伤状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将钢筋混凝土梁作为实验对象，采集构件在四点弯曲分级加载作用下的声发射信号，直至混凝土材料碎裂，得到声发射能量参数时程图与加载曲线；

步骤2，结合钢筋混凝土梁破坏过程的损伤发展特征和声发射能量参数的特点，提取10ms声发射能量突变时刻对应的信号波形；

步骤3，选择sym8小波基函数，通过数值模拟的方法确定分解层数，对缺陷信号波形进行基于Rigrsure软阈值的小波降噪；具体步骤为：

步骤3.1，通过数值模拟的方法，确定利用小波基函数对信号进行2到10层小波分解，得到各层细节系数d₁,d₂,···,d_n以及第n层近似系数a_n，n为分解层数，其中模拟信号的表达式为：

式中，A_i、a_i、t_i、f_i和m分别为第i个信号的幅值、衰减系数、峰值时刻、频率和信号总数；

步骤3.2，利用Rigrsure阈值计算规则对各层细节系数进行软阈值处理，软阈值函数表达式如下：

式中，w_j,k为小波系数，为经过阈值量化处理后的小波系数，T为选择的阈值；

步骤3.3，确定最适合的分解层数，将最后一层的近似系数与经过Rigrsure软阈值处理后的各层细节系数重构钢筋混凝土梁构件发生缺陷时有效的声发射信号f(t)；

步骤4，将步骤3经过小波阈值降噪后的信号进行CEEMD分解得到i个IMF分量(c₁，c₂，···，c_i)；具体步骤为：

步骤4.1，重构的声发射信号f(t)中，添加一对幅值相等、符号相反的高斯白噪声，得到两个新信号：

f_i⁺(t)＝f(t)+n_i(t)   (3)

f_i^-(t)＝f(t)-n_i(t)   (4)

式中，f_i⁺(t)、f_i^-(t)为加入高斯白噪声后的两个新信号；n_i(t)为添加的高斯白噪声；

步骤4.2，对两个新信号f_i⁺(t)、f_i^-(t)进行EMD分解，分别得到两组IMF分量以及余项

步骤4.3，进行i次步骤4.2和4.3，直至余项不能被分解；将分量求均值得到最终的IMF分量结果，即：

步骤5，选取IMF分量信号，计算信号的归一化能量向量；归一化能量向量计算公式如下：

I＝[E₁/E' E₂/E' … E_i/E']    (7)

式中，c_m(t)为第m阶固有模态函数分量，用于对能量向量进行归一化处理；

步骤6，选择步骤5中归一化能量向量中能量占比较大的几阶IMF分量快速傅里叶变换，得到IMF分量的瞬时频率；通过不同声发射信号中IMF分量的瞬时频率范围，从而判断钢筋混凝土梁构件内部损伤状态。