Обратная задача идентификации поверхностных повреждений протяженных конструкций с использованием кинематических характеристик распространяющихся волн
УДК
534-14, 534-16EDN
IUPEUUDOI:
10.31429/vestnik-23-2-9-20Аннотация
В работе представлено математическое и компьютерное моделирование процесса распространения волн в протяженных элементах строительных конструкций при наличии поврежденного слоя. В качестве математической модели рассматривается двухслойная упругая анизотропная полоса, в которой верхний слой постоянной толщины представлен пористым композитом, моделирующим повреждение. Толщина этого слоя и процент пористости соответствует параметрам поврежденности. Эффективные свойства такого композита получены в пакете ACELAN-COMPOS. Обратная геометрическая и коэффициентная задача состоит в определении двух параметров поврежденности. Дополнительной информацией для ее решения являются зависимости от толщины и пористости кинематических характеристик распространяющихся волн. В работе строятся дисперсионные кривые для такой полосы при свободных от механических напряжений границах. Исследуется их зависимость от параметров повреждения: толщины и процента пористости поврежденного слоя. Ранее была показана возможность решения этой обратной задачи, однако использование одной дисперсионной кривой не обеспечивает единственности решения во всей области изменения параметров повреждения. В настоящей работе предложен многомодовый подход, в частности, объединяющий Моду 4 и Моду 5 в 4-мерную сигнатуру, который позволяет преодолеть неединственность решения во всей области рассматриваемых параметров. Первый метод основан на использовании 4-мерной линейной интерполяции. Проверка работоспособности метода, показывает, что все обучающие и тестовые точки дают уникальные 4-мерные сигнатуры, доказывая, что обратная задача имеет единственное решение для всех практических состояний повреждения. Второй подход "метод случайного леса" основан на построении множества решающих деревьев, который также показал свою работоспособность.
Ключевые слова:
двухслойная полоса, пористый композит, повреждение, метод конечных элементов, дисперсионные кривые, обратная задача, машинное обучение, инъективностьИнформация о финансировании
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-02-2026-1313) в Крымском федеральном университете им. В.И. Вернадского.
Библиографические ссылки
- Huh, J., Doan, N.S., Lee, B.Y., Haldar, A., A comprehensive study on identification of both deck and soffit defects in concrete bridge decks through thermographic investigation of shaded side under natural conditions. Construction and Building Materials, 2021, vol. 303, art. 124452. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124452
- Gaur, A., Kishore, K., Jain, R., Pandey, A., Singh, P., Wagri, N.K., Roy-Chowdhury, A.B., A novel approach for industrial concrete defect identification based on image processing and deep convolutional neural networks. Case Studies in Construction Materials, 2023, vol. 19, art. e02392. DOI: 10.1016/j.cscm.2023.e02392
- Naji, K., Gowid, S., Ghani, S., AI and IoT-based concrete column base cover localization and degradation detection algorithm using deep learning techniques. Ain Shams Engineering Journal, 2023, vol. 14, iss. 11, art. 102520. DOI: 10.1016/j.asej.2023.102520
- Rossi, E., Zhang, H., Garcia, S.J., Bijleveld, J., Nijland, T.G., Çopuroğlu, O., Šavija, B., Analysis of naturally-generated corrosion products due to chlorides in 20-year-old reinforced concrete: An elastic modulus-mineralogy characterization. Corrosion Science, 2021, vol. 184, art. 109356. DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109356
- Almalki, M., Application of non-destructive geophysical methods for testing concrete structures. Journal of King Saud University – Science, 2023, vol. 35, iss. 8, art. 102916. DOI: 10.1016/j.jksus.2023.102916
- Nguyen, A., Gharehbaghi, V., Le, N.T., Sterling, L., Chaudhry, U.I., Crawford, S., ASR crack identification in bridges using deep learning and texture analysis. Structures, 2023, vol. 50, pp. 494–507. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.02.042
- Ibrahim, K.A., van Zijl, G.P., Babafemi, A.J., Comparative studies of LC3- and fly ash-based blended binders in fibre-reinforced printed concrete (FRPC): Rheological and quasi-static mechanical characteristics. Journal of Building Engineering, 2023, vol. 80, art. 108016. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.108016
- Abadel, A.A., Khan, M.I., Masmoudi, R., Experimental and numerical study of compressive behavior of axially loaded circular ultra-high-performance concrete-filled tube columns. Case Studies in Construction Materials, 2022, vol. 17, art. e01376. DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01376
- Galvão, N., Matos, J.C., Hajdin, R., Ferreira, L., Stewart, M.G., Impact of construction errors on the structural safety of a post-tensioned reinforced concrete bridge. Engineering Structures, 2022, vol. 267, art. 114650. DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114650
- Fülöp, L., Ferreira, M., Bohner, E., Valokoski, J., Vuotari, J., Tirkkonen, T., Inspection of bridges for effects of air-entrainment on the porosity and compressive strength of concretes. Case Studies in Construction Materials, 2022, vol. 17, art. e01211. DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01211
- Shen, C., Jiang, B., Yue, L., LSTM combined with BIM technology in the management of small and medium-span highway concrete beam bridges. Results in Engineering, 2023, vol. 20, art. 101539. DOI: 10.1016/j.rineng.2023.101539
- Frankowski, P.K., Chady, T., Zieliński, A., Magnetic force induced vibration evaluation (M5) method for frequency analysis of rebar-debonding in reinforced concrete. Measurement, 2021, vol. 182, art. 109655. DOI: 10.1016/j.measurement.2021.109655
- Tatarinov, A., Sisojevs, A., Chaplinska, A., Shahmenko, G., Kurtenoks, V., An approach for assessment of concrete deterioration by surface waves. Procedia Structural Integrity, 2022, vol. 37, pp. 453–461. DOI: 10.1016/j.prostr.2022.01.109
- Soloviev, A.N., Germanchuk, M.S., Abraha, O.K., Modeling the Damaged State of Building Structures and Its Influence on Their Dynamic Properties. In: Parinov, I.A., Chang, S.H., Sohani, N., Gupta, V.K. (eds.), Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications. Springer Proceedings in Materials, vol. 3. Springer, Cham, 2025, pp. 449–456. DOI: 10.1007/978-3-031-87677-639
- Чебаненко, В.А., Шевцов, С.Н., Кириллова, Е.В., Разработка физически обоснованной модели распространения ультразвуковых волн в бетоне с частично деградированным наружным слоем. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2025, т. 22, № 4, pp. 45–55. [Chebanenko, V.A., Shevtsov, S.N., Kirillova, E.V., Development of a physically based model of ultrasonic wave propagation in concrete with a partially degraded surface layer. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2025, vol. 22, no. 4, pp. 45–55. (in Russian)] DOI: 10.31429/vestnik-22-4-45-55
- Kudimova, A.B., Nadolin, D.K., Nasedkin, A.V., Nasedkina, A.A., Oganesyan, P.A., Soloviev, A.N., Finite element homogenization of piezocomposites with isolated inclusions using improved 3-0 algorithm for generating representative volumes in ACELAN-COMPOS package. Materials Physics and Mechanics, 2020, vol. 44, iss. 3, pp. 392–403. DOI: 10.18720/MPM.443202010
- Nasedkin, A.V., Oganesyan, P.A., Soloviev, A.N., Analysis of Rosen type energy harvesting devices from porous piezoceramics with great longitudinal piezomodulus. Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 2021, vol. 101, iss. 3, art. e202000129. DOI: 10.1002/zamm.202000129
- Ворович И.И., Бабешко, В.А., Динамические смешанные задачи теории упругости для неклассических областей. Москва, наука, 1979. [Vorovich, I.I., Babeshko, V.A., Dynamic mixed problems of the theory of elasticity for nonclassical domains. Moscow, Nauka, 1979. (in Russian)]
- Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Интегральные преобразования и волновые процессы. Краснодар, Кубанский государственный университет, 2017. [Glushkov, E.V. Glushkova, N.V., Integral Transformations and Wave Processes. Krasnodar, Kuban State University, 2017. (in Russian)]
- Soloviev, A., Germanchuk, M., Abraha, O., Inverse Problem of Determining Surface Damage of Extended Structures. Proc. Book of International Congress on New Trends in Mechanics (ICNTM25). Baku, 2025, pp. 620–628.
Скачивания
Даты
Поступила в редакцию
Принята к публикации
Публикация
Как цитировать
Лицензия
Copyright (c) 2026 Абраха О.К., Соловьев А.Н., Германчук М.С.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
