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超声CT技术在混凝土无损检测中的应用研究

作　者: 樊瑶
导　师: 赵祥模
学　校: 长安大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无损检测层析成像反演技术射线追踪
分类号: TU755.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

超声层析成像技术作为无损检测成本较低的手段之一,可以用图像的方式精确完整地反映层析面上检测体内部质量,较传统方法有明显优点,因而成为一种独特有效的无损检测手段。层析成像中主要包括两个相互关联的计算部分:正演和反演。正演求取射线路径,反演求取模型波慢正量。超声波在混凝土中的传播特性,以及混凝土本身的不均匀性,使得超声波的实际传播路径发生弯曲。论文在分析正演弯曲射线追踪的基础上,引入最短路径射线追踪算法(SPT)。针对反演常用算法均存在计算精度不高,在测试数据存在误差的情况下容易发散等不足,提出了改进的共轭梯度法(PCG)和基于QR分解的阻尼最小二乘法(DLSQR)。论文在迭代的过程中利用最短路径射线追踪算法(SPT)正演射线的实际行走路径,将最短路径射线追踪算法(SPT)引入混凝土超声层析成像中。分析研究共轭梯度法(CG)对于病态矩阵收敛速度慢的特点,提出一种新的预条件子M,并且结合一般的共轭梯度法,导出了预条件共轭梯度法(PCG)。鉴于对于数据误差较大时,基于QR分解的最小二乘(LSQR)算法仍会发散。为提高LSQR算法的抗噪能力,抑制迭代过程中数据误差的发散,可对迭代求解过程施加一定的阻尼,构成阻尼LSQR算法(DLSQR)。计算机仿真结果及混凝土试件的试验结果表明,SPT算法的引入,进一步提高了图像重建的精度和质量。PCG算法使用预处理方法改善其条件数,加快迭代的收敛速度。DLSQR算法具有良好的稳定性、较小的存储容量和计算量,适合病态问题求解。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 目的与意义  10-11
  1.2 超声检测  11-12
  1.3 层析成像  12-17
    1.3.1 层析成像的基本依据  12-13
    1.3.2 层析成像的分析判断方法  13-14
    1.3.3 层析成像的研究现状  14-17
  1.4 论文的主要研究内容  17-18
第二章层析成像技术的基本原理和实现方法  18-27
  2.1 层析成像(CT)的基本原理  18-23
    2.1.1 层析成像技术  18-19
    2.1.2 层析成像的数学理论——Radon 变换  19-21
    2.1.3 层析成像的射线理论  21-23
  2.2 层析成像常用图像重建算法  23-27
    2.2.1 BPT 算法  23-24
    2.2.2 ART 算法  24-25
    2.2.3 SIRT 算法  25-27
第三章最短路径射线追踪技术  27-49
  3.1 数学物理模型和响应函数的正演问题  27-28
  3.2 射线追踪方法  28-30
    3.2.1 射线追踪简介  28
    3.2.2 常用射线追踪算法  28-30
  3.3 最短路径法射线追踪（SPT）  30-36
    3.3.1 基本原理和网络的建立  31-32
    3.3.2 最小走时的计算  32-34
    3.3.3 射线路径的确定  34-35
    3.3.4 最短路径法射线追踪基本算法步骤  35-36
  3.4 试验分析  36-48
    3.4.1 “弯曲射线模型”CT 反演步骤  36
    3.4.2 计算机模拟试验  36-40
    3.4.3 测试方案  40-42
    3.4.4 混凝土试件试验  42-44
    3.4.5 6m 大试块试验  44-48
  3.5 总结  48-49
第四章共轭梯度法  49-62
  4.1 问题的提出  49
  4.2 共轭梯度方法  49-53
  4.3 预条件共轭梯度方法  53-54
  4.4 试验分析  54-61
    4.4.1 计算机模拟试验  54-56
    4.4.2 混凝土试件试验  56-58
    4.4.3 6m 大试块试验  58-61
  4.5 总结  61-62
第五章基于QR 分解的最小二乘法  62-78
  5.1 问题的提出  62
  5.2 LSQR 算法  62-66
    5.2.1 Lanczos 方法  62-65
    5.2.2 LSQR 算法流程  65-66
  5.3 DLSQR 算法  66-69
    5.3.1 DLSQR 算法基本原理  66-68
    5.3.2 DLSQR 算法基本流程  68-69
    5.3.3 阻尼因子λ的选择  69
  5.4 试验分析  69-77
    5.4.1 计算机模拟试验  69-71
    5.4.2 混凝土试件试验  71-73
    5.4.3 6m 大试块试验  73-77
  5.5 总结  77-78
结论与展望  78-80
  结论  78-79
  展望  79-80
参考文献  80-83
攻读学位期间取得的研究成果  83-84
致谢  84

超声CT技术在混凝土无损检测中的应用研究

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