一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法技术

本发明专利技术公开了一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法，包括采集混凝土结构上的目标区域的混凝土群裂缝分布状态序列图像；构建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每个图像的多重分形奇异谱；根据多重分形奇异谱的曲线特征判断裂缝分布的多重分形特征；根据判断结果将混凝土群裂缝分布状态序列图像的多个多重分形奇异谱集结于同一个坐标系构成混凝土群裂缝状态序列图像的多重分形奇异谱簇；从多重分形奇异谱簇中提取混凝土群裂缝分布状态序列图像的多参数的分形特征因子集合。本发明专利技术提出的多参数分形特征因子能够表征荷载作用下混凝土群裂缝动态演化，形成混凝土结构性态监控、性能评价和安全预警的新技术。性能评价和安全预警的新技术。性能评价和安全预警的新技术。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法


[0001]本专利技术涉及混凝土结构健康检测与安全预警
，具体为一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法。

技术介绍

[0002]混凝土结构受材料内在缺陷以及外部环境的影响，容易产生裂缝。裂缝促使混凝土结构碳化加剧，强度降低，甚至造成灾害性事故。混凝土结构裂缝的产生和扩展常被用于度量混凝土结构的生命周期。因此，研究混凝土结构的裂缝演化规律，对混凝土结构性态监控、性能评价和安全预警具有重要的理论意义和工程应用价值。混凝土结构裂缝演化，特别是多因素耦合作用下混凝土结构群裂缝演化，伴随着与外界物质和能量的交换，其本质是一个开放、耗散、具有混沌性质的非线性行为。现有多重分形技术能够有效刻画混凝土群裂缝演化过程中瞬时裂缝分布的非线性和复杂性，但是难以量化表征混凝土结构裂缝渐进扩展过程。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法，用于量化表征混凝土群裂缝渐进扩展过程。
[0004]本专利技术提供了一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法，包括：
[0005]采集混凝土结构上的目标区域的混凝土群裂缝分布状态序列图像；
[0006]构建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每个图像的多重分形奇异谱；
[0007]根据多重分形奇异谱的曲线特征判断裂缝分布的多重分形特征；
[0008]根据判断结果将混凝土群裂缝分布状态序列图像的多个多重分形奇异谱集结于同一个坐标系构成混凝土群裂缝状态序列图像的多重分形奇异谱簇；
[0009]从所述多重分形奇异谱簇中提取混凝土群裂缝分布状态序列图像的多参数的分形特征因子集合。
[0010]优选的，所述采集混凝土结构上的目标区域的群裂缝分布状态序列图像，包括以下步骤：
[0011]对混凝土结构连续作用多个荷载步，并分别记录所述混凝土结构上的目标区域在每个荷载步作用下的混凝土群裂缝分布状态图像。
[0012]优选的，所述构建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每个图像的多重分形奇异谱，包括以下步骤：
[0013]对每个荷载作用下的混凝土群裂缝分布状态图像分别进行二值化处理，得到每个荷载作用下的混凝土群裂缝分布二值图像；
[0014]分别计算每个所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数和奇异性维数；
[0015]依据每个所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数和奇异性维数分别绘制每个所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱。
[0016]优选的，所述计算混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数和奇异性维数，包括以下步骤：
[0017]计算所述混凝土群裂缝分布二值图像的总像素M；
[0018]分别采用不同尺寸盒子覆盖所述混凝土群裂缝分布二值图像，并分别计算当每个不同尺寸盒子的尺寸为L时，所述混凝土群裂缝分布二值图像中的裂缝的在盒子中的局部裂缝比例p
i
(L)，具体表达公式为：
[0019][0020]其中m
i
(L)表示盒子尺寸为L时，第i个盒子内所含裂缝的像素；
[0021]对每个不同尺寸盒子的局部裂缝比例p
i
(L)进行归一化处理，具体计算公式如下：
[0022][0023]其中q为权重因子，其取值一般为[
‑
10,10]；
[0024]μ
i
(q,L)表示所述混凝土群裂缝分布二值图像局部像素差异性，其取值范围为[0,1]；
[0025]计算在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数，具体计算公式如下：
[0026][0027]其中a(q)为在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数；
[0028]计算在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性维数，具体计算如下：
[0029][0030]其中f(q)为在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性维数。
[0031]优选的，以在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数a(q)为横坐标，并以f(q)在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性维数为纵坐标绘制所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱；
[0032]若当权重因子q>0时，所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱的曲线特征为f(q)随着a(q)的增大而增大，且当权重因子q<0时，所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱的曲线特征为f(q)随着a(q)的增大而减小，则所述混凝土结构上的群裂缝分布具有多重分形特性。
[0033]优选的，所述混凝土群裂缝分布状态序列图像的多参数的分形特征因子集合，包括：
[0034]最小奇异性指数a
min
，其表征所述混凝土结构上的目标区域的最大局部裂缝比例影响力；
[0035]最大奇异性指数a
max
，其表征所述混凝土结构上的目标区域的最小局部裂缝比例影响力；
[0036]多重分形奇异谱谱宽
△
a,其表征所述混凝土结构上的目标区域的裂缝分布不均匀程度,其表达式为：
[0037]△
a＝a
max
‑
a
min
ꢀꢀꢀ
(5)
[0038]最大奇异性维数f
max
，其表征所述混凝土结构上的目标区域的裂缝分布的整体情况；
[0039]多重分形奇异谱奇异性维数差
△
f，其表征所述混凝土结构上的目标区域的不同局部裂缝比例种类差异所导致的分布不均匀性,其表达式为：
[0040]△
f＝f(a
max
)
‑
f(a
min
)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0041]其中f(a
max
)为当所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱中的异性指数为a
max
时的奇异性维数值；
[0042]f(a
min
)为当所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱中的异性指数为a
min
时的奇异性维数值。
[0043]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0044]本专利技术特别适用于混凝土群裂缝渐进扩展过程的量化表征，突破了传统裂缝统计方法难以刻画荷载作用下混凝土群裂纹动态演化的局限性，超越了现有多重分形用于描述混凝土群裂缝分布的技术水平，提出的多参数分形特征因子能够定量表征荷载作用下混凝土群裂缝动态演化，形成混凝土结构性态监控、性能评价和安全预警的新技术。
附图说明
[0045]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0046]图1是本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法，其特征在于，包括：采集混凝土结构上的目标区域的混凝土群裂缝分布状态序列图像；构建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每个图像的多重分形奇异谱；根据多重分形奇异谱的曲线特征判断裂缝分布的多重分形特征；根据判断结果将混凝土群裂缝分布状态序列图像的多个多重分形奇异谱集结于同一个坐标系构成混凝土群裂缝状态序列图像的多重分形奇异谱簇；从所述多重分形奇异谱簇中提取混凝土群裂缝分布状态序列图像的多参数的分形特征因子集合。2.根据权利要求1所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法，其特征在于：所述采集混凝土结构上的目标区域的群裂缝分布状态序列图像，包括以下步骤：对混凝土结构连续作用多个荷载步，并分别记录所述混凝土结构上的目标区域在每个荷载步作用下的混凝土群裂缝分布状态图像。3.根据权利要求2所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法，其特征在于：所述构建混凝土群裂缝分布状态序列图像中的每个图像的多重分形奇异谱，包括以下步骤：对每个荷载作用下的混凝土群裂缝分布状态图像分别进行二值化处理，得到每个荷载作用下的混凝土群裂缝分布二值图像；分别计算每个所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数和奇异性维数；依据每个所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数和奇异性维数分别绘制每个所述混凝土群裂缝分布二值图像的多重分形奇异谱。4.根据权利要求3所述的一种混凝土群裂纹演化的多重分形量化表征方法，其特征在于：所述计算混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数和奇异性维数，包括以下步骤：计算所述混凝土群裂缝分布二值图像的总像素M；分别采用不同尺寸盒子覆盖所述混凝土群裂缝分布二值图像，并分别计算当每个不同尺寸盒子的尺寸为L时，所述混凝土群裂缝分布二值图像中的裂缝的在盒子中的局部裂缝比例p
i
(L)，具体表达公式为：其中m
i
(L)表示盒子尺寸为L时，第i个盒子内所含裂缝的像素；对每个不同尺寸盒子的局部裂缝比例p
i
(L)进行归一化处理，具体计算公式如下：其中q为权重因子，其取值一般为[
‑
10,10]；μ
i
(q,L)表示所述混凝土群裂缝分布二值图像局部像素差异性，其取值范围为[0,1]；计算在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数，具体计算公式如下：
其中a(q)为在不同权重因子下的所述混凝土群裂缝分布二值图像的奇异性指数；计算在不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹茂森，潘丽霞，姜亚洲，葛晶，德拉霍米尔，
申请(专利权)人：中国三峡建工集团有限公司苏交科集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：