课题基金 / 基金详情

基于规则学习元胞自动机的桥梁钢结构点蚀涌现预测理论

批准号:
52078367
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
阮欣
依托单位:
学科分类:
结构工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
阮欣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
点蚀在公路钢结构及组合结构桥梁中受到材料变异、荷载和作用随机性的影响,呈现散在发生、各异演化的特征。现有腐蚀管控的半经验养护策略和被动式技术手段难以满足实际预测需求。点蚀涌现机理成为钢结构精准管养的关键问题。目前材料领域的点蚀研究在实现工程尺度点蚀涌现预测方面仍有难度。本项目另辟蹊径,从材料和工程层面研究差异和联系入手,构建全新的试验方法、建模技术和模拟理论。首先,开展大尺寸点蚀涌现试验,揭示场域随机性的影响;同时,采用统计体积单元法将微观层面的钢材变异性转译到工程尺度;在此基础上,利用机器学习方法从图像数据中辨识影响点蚀演化的元胞自动机状态参数,主动学习局部更新规则,发展精确高效的点蚀涌现模拟方法;最后,揭示钢结构桥梁服役期间的点蚀涌现规律,为钢结构日常管养提供决策支持。研究成果将形成同时考虑材料变异性和场域随机性的点蚀涌现预测理论,解决材料性能退化和结构性能演化成果沟通的前沿问题。
英文摘要
The pitting corrosion in steel structure and composite structure bridges is affected by the variation of material, the randomness of loads as well as actions, showing the characteristics of scattered occurrence and differentiated evolution. The existing semi-empirical maintenance strategy and passive corrosion control techniques are struggling to meet the practical forecast demands. The emergence mechanism of pitting corrosion has become a vital issue in the precise maintenance of steel structures. The research on pitting corrosion in the field of materials is still struggling to enable the prediction of pitting corrosion at the engineering level. This project will take a different approach, which starts from the difference and correlation between the research on material and engineering levels. It endeavors to construct new test methods, modeling techniques, and simulation theories. First, it will carry out large-scale pitting erosion experiments, unveiling the influence of the field randomness. Meanwhile, the statistical volume unit method is used to translate the variability of the steel at the micro level to the engineering level. On this basis, machine learning methods are used to identify the cell state parameters of cellular automata that affect the evolution of pitting corrosion from image data. It aims to learn the local update rules of cellular automata actively and develop an accurate and efficient pitting corrosion simulation method. Finally, it will reveal the law of pitting corrosion during the service of steel bridges, which provides decision support for the daily maintenance of steel structures. The results will form a pitting corrosion prediction theory that considers both material variability and field randomness and solves the cutting-edge problem of how to transfer the mechanism of material performance degradation into the interpretation of structural performance evolution.
桥梁钢结构的点蚀演化具有复杂多变的特征。材料领域的研究在实现工程点蚀涌现的预测上仍有难度,原因在于:针对微观单点点蚀建立的精细化机理描述方法难以适应工程集群点蚀涌现场景的表达;亟需在点蚀复杂特征追踪及量化、微观材料变异性表达及模拟方法方面突破创新。.项目面向点蚀演化特征的追踪及量化,开展了加速点蚀试验,提出了图像追踪算法并配套开发三轴图像采集平台,实现了复杂点蚀演化特征的采集。提出了基于分形特征的点蚀形貌参数化表达方法,为集群点蚀演化的量化提供了支撑。搭建了点蚀演化整体及局部特征时序数据集。建立了加速腐蚀同大气腐蚀的换算关系,实现了由短期试验条件点蚀表达长期自然点蚀的技术通路,为点蚀涌现数值模型的建立提供了数据支撑。.项目针对钢材微观结构变异性的表达,开展了金相试验,构建了多晶结构数据库,为材料模型的构建提供了支持。基于拓扑相似原则,提出了Voronoi几何多晶建模方法,支撑快速建模并为更高精度晶体模型提供参照。基于凝固规则及形态重建增强的元胞自动机方法,搭建了多晶物理生成模型。面向不同尺度的模拟需求,提出了基于统计代表体积单元的转译方法,实现了非均匀材料的跨尺度建模,为点蚀涌现演化数值模型的开发提供材料模型支撑。.项目面向点蚀涌现的数值模拟方法,分别从宏观及微观提出了准确适用的方法。宏观层面,提出了基于快速傅立叶逆变换的复杂点蚀形貌数学重建方法,用于构件点蚀演化预测及评估。微观层面,在材料模型的基础上构建了三维点蚀演化元胞自动机模型,精准重现了多点点蚀的萌生过程。同时探索了基于知识图谱的演化规则智能推断算法,可以实现演化规则的动态更新,支撑多场景点蚀的模型构建及演化预测。.项目针对工程结构腐蚀预测,评估及处置,提出了桥梁服役阶段性态精细化分析方法,实现了结构场域作用特征的分析。依托点蚀表面逆向重建方法,构建了同点蚀程度相关联的材性计算方程,为点蚀材料的性能预测提供了支撑。针对点蚀构件的性能评估,提出了基于材料性能折减的等效方法、考虑腐蚀损伤的结构时变可靠度分析方法、基于机器视觉的桥梁三维腐蚀模型构建与快速腐蚀检测评价方法,以及基于激光预处理的局部点蚀表面处置技术,为桥梁钢结构的点蚀涌现评估及管养提供技术方法支撑。.研究成果实现了建立桥梁钢结构点蚀涌现演化预测理论的总体目标,为桥梁基础设施中钢结构的点蚀演化预测,耐久性能评估和设计防护提供了关键的基础模型和科学方法。
基于机器学习的车辆作用下桥梁局部结构响应预测理论
  • 批准号:
    51878495
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    阮欣
  • 依托单位:
桥梁混凝土结构耐久性数值模拟的细-宏观转译理论
  • 批准号:
    51678435
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    阮欣
  • 依托单位:
大跨径桥梁车辆荷载的随机车流多尺度模拟理论
  • 批准号:
    51478337
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    阮欣
  • 依托单位:
大跨径多塔缆索承重桥梁车辆荷载模型
  • 批准号:
    51108338
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    阮欣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金