王海明，張大鵬

（大連鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測研究院有限公司，遼寧 大連 116013）

隨著建設(shè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作逐漸增加，而產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)成為了建設(shè)過程中最為重要的部分。隨著鋼材產(chǎn)量的不斷增加，建筑物中的鋼結(jié)構(gòu)逐漸變得復(fù)雜，將不同種類的鋼材通過特殊手段結(jié)合，形成異種鋼材。在高層建筑、工業(yè)廠房以及橋梁當(dāng)中都采用了異種鋼材的建設(shè)[1]。但隨著其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，造成的事故問題也逐漸顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了保證人們的生命財產(chǎn)安全，對于鋼結(jié)構(gòu)的檢測十分重要。本文結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)宏觀與微觀兩個方面，從影響其強(qiáng)度的角度出發(fā)，提出一種金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度的無損檢測方法，替代原有對鋼結(jié)構(gòu)檢測造成式樣破損的檢測方法，從而促進(jìn)土木工程學(xué)科的發(fā)展。

1 金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度的無損檢測方法設(shè)計(jì)

1.1 采集金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材無損檢測參數(shù)

本文設(shè)計(jì)的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度的無損檢測方法首先利用快速傅里葉變換方法對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的彈性模量進(jìn)行連續(xù)的無損檢測，直接檢測出異種鋼材的長、寬、高、重量等各項(xiàng)參數(shù)。對于形狀規(guī)則的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材進(jìn)行無損檢測參數(shù)采集可以通過使用旋轉(zhuǎn)控制器，將其直接與被檢測試件接觸，通過改變接觸臂的拉開角度，控制金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材內(nèi)部的電阻，從而產(chǎn)生不同類型的電壓信號[2]。為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，在采集電壓信號前，需要增加信號放大裝置，將放大的信號用采集處理裝置進(jìn)行采集，再利用模數(shù)變換設(shè)備對其進(jìn)行處理。通過計(jì)算機(jī)對電壓信號進(jìn)行控制，將根據(jù)轉(zhuǎn)換原則將電壓信號轉(zhuǎn)換為幾何參數(shù)，從而獲取形狀規(guī)則的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的無損檢測參數(shù)。

對于形狀不規(guī)則的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材，仍然采用規(guī)則形狀的采集方法會使最終的檢測結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。因此，對于幾何形狀不規(guī)律的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材可以利用兩個電荷耦合元件攝像頭實(shí)現(xiàn)對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材正面及側(cè)面的參數(shù)采集。首先利用兩個電荷耦合元件攝像頭對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材進(jìn)行拍攝，將拍攝的圖像上傳到計(jì)算機(jī)當(dāng)中，對圖像進(jìn)行數(shù)字化處理，再通過計(jì)算機(jī)中的灰度處理軟件對圖像進(jìn)行處理，并計(jì)算出圖像的最優(yōu)閾值[3]。根據(jù)圖像向量法的原則對灰度圖像進(jìn)行標(biāo)識，從而進(jìn)一步對圖像中的向量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算出符合檢測要求的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材圖像向量總長度，再將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終得到不規(guī)則金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的無損檢測參數(shù)。

1.2 參數(shù)回歸分析強(qiáng)度定量計(jì)算

在進(jìn)行參數(shù)回歸分析時，首先將上述采集到的大量金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材無損檢測參數(shù)進(jìn)行匯總，本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。通過對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度進(jìn)行研究得出，金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度與里氏硬度的數(shù)值存在正向相關(guān)的關(guān)系[4]。同時，金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材中存在一些薄壁以及尺寸較小的構(gòu)件，因此在對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材進(jìn)行參數(shù)回歸分析時需要進(jìn)行非線性以及線性兩種回歸方法進(jìn)行。

線性回歸分析的公式為：

公式中，α表示為平均相差誤差值；K 表示為線性回歸的相關(guān)系數(shù)；表示為采集到的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的強(qiáng)度值；表示為通過回歸公式計(jì)算出的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的強(qiáng)度值。

非線性回歸分析與線性回歸分析方法相比較為復(fù)雜，需要利用二次多項(xiàng)式、冪指數(shù)函數(shù)等對采集到的無損檢測參數(shù)進(jìn)行非線性分析。非線性回歸不存在相應(yīng)的線性關(guān)系，因此沒有固定的計(jì)算公式。非線性回歸分析的具體方法為：設(shè)置回歸公式計(jì)算出的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的強(qiáng)度值與里氏硬度值之間的中間變量，該數(shù)值與里氏硬度值之間的關(guān)系存在二次多項(xiàng)式、冪指數(shù)函數(shù)關(guān)系，因此通過調(diào)整二者之間的關(guān)系可以得出最佳的線性關(guān)系，再將該線性關(guān)系利用上述線性回歸分析公式進(jìn)行計(jì)算，從而得到相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)、顯著性水平以及平均相對誤差和相對標(biāo)準(zhǔn)差等[5]。通過上文對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的無損檢測參數(shù)進(jìn)行回歸分析后，還需要對其進(jìn)行定量計(jì)算，最終確定金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材的強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為了時本文設(shè)計(jì)的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度的無損檢測方法具有更高的嚴(yán)謹(jǐn)性和可行性，下面將其與傳統(tǒng)檢測方法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，從而驗(yàn)證兩種檢測方法的誤差率。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在某鋼材生產(chǎn)廠中隨機(jī)選取10組金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材，其中5組為不規(guī)則形狀的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材，5組為規(guī)則形狀的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材。規(guī)則形狀的金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材形狀為圓柱體、長度均為40mm。分別利用傳統(tǒng)檢測方法與本文檢測方法對10組試件的強(qiáng)度進(jìn)行檢測。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備完成對比實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，將兩種檢測結(jié)果與鋼材生產(chǎn)廠中金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材實(shí)際的各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行比較，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制成如表1所示。

表1 兩種檢測方法檢測結(jié)果誤差率對比

表1為通過兩種檢測方法對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度的檢測誤差率對比，從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，本文檢測方法的誤差率明顯低于傳統(tǒng)檢測方法的誤差率，且本文檢測方法的誤差率均低于10%，因此進(jìn)一步證明該方法有效提高了金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度的檢測精確。同時，在進(jìn)行檢測過程中，傳統(tǒng)檢測方法對于金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材造成了嚴(yán)重的形變，導(dǎo)致其試件出現(xiàn)破損情況，因此在檢測過程中也影響了金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度原有的各項(xiàng)性能，導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差增加。而本文方法在對試件進(jìn)行檢測的過程中保證了試件的完整度，因此更適用于實(shí)際建設(shè)施工中對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度的檢測。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施施工中對金屬結(jié)構(gòu)異種鋼材強(qiáng)度檢測的需要，提出一種無損的檢測方法，并通過對比實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)一步證明了該方法的有效性。因此在未來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中可以增加本文檢測方法的應(yīng)用，從而保障建設(shè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。同時筆者在后續(xù)的研究中還將基于本文檢測方法的設(shè)計(jì)思路，對不同領(lǐng)域中其它材質(zhì)的強(qiáng)度檢測進(jìn)行更加深入的研究。