基于有限元的建筑外墙质量定量评价研究
目前,对于基于红外技术的建筑外墙质量评价,通常包括定性评价和定量评价两种评价思路。对建筑外墙质量定量评价研究是基于图像处理的和基于数值模型计算的。与基于图像处理的方法相比,使用数值模型模拟墙体传热过程的方法更科学、精确,并且为探索其中规律提供了便利。本文以红外热像法检测为依托,主要研究了在恒定热流条件下,存在不同深度和厚度的保温缺陷的建筑外墙外表面温度分布情况。将实体实验和有限元模拟实验相结合,在验证了有限元模型分析的可行性的同时,还为简化现场检测模型提供了依据。在后续研究中,使用三维有限元模型定量分析了保温缺陷对表面温度的影响,并得到了提取缺陷边界和热影响区域的简化算法。结合实际检测的条件,初步研究了应用人工神经网络得到求解缺陷定量反问题的计算方法。最后,对建筑外墙质量定量评价管理进行了研究,提出了新的质量评价流程,可应用于指导实践。本文主要研究内容包括以下几个方面: (1)验证了使用有限元模型模拟墙体保温缺陷具有可行性。利用有限元计算模型模拟建筑外墙外保温缺陷,模拟实际墙体在恒定热流条件下的热传导过程,得到墙体存在一定厚度、深度和面积的缺陷时的表面温度。考虑到实际检测时,忽略风速和太阳照射角度的变化,只考察太阳辐射热量对墙体外表面温度造成影响。将太阳辐射转化为温度荷载施加在模型表面后,模拟计算结果更接近实体实验的结果。 (2)分析了缺陷厚度和深度这两个变量对外表面温度的影响。利用修改后的墙体三维有限元模型,模拟在有太阳辐射的恒定热流条件下,不同缺陷厚度和深度的墙体外表面温度变化。 (3)简化并改进了缺陷目标检测方法。传统思路是使用图像处理方法,需要借助高级算法,计算不简便。而热影响区域的研究尚处于起步阶段,缺少简单有效的判定方法,影响实际检测的准确性。本文考虑红外热像仪分辨率和检测主体对温度异常范围的定义,引入临界斜率这一概念,通过对墙体外表面中心线温度曲线求一阶导数,得到了缺陷的热影响区域边界;求二阶导数,得到了缺陷边界。 (4)改进了建筑外墙质量评价流程,在定性分析的基础上增加了定量分析的步骤。对缺陷反问题计算进行了初步研究,在有限元数值计算的基础上,将室内外温度、缺陷部位中心点温度作为输入变量,缺陷深度作为输出量,训练得到一个神经网络。该网络可用于在实际检测中快速定量判定缺陷,具有实践意义。
建筑外墙;质量评价;有限元法;保温缺陷
中国海洋大学
硕士
管理科学与工程
蒋济同
2014
中文
TU712.3;TU111.3
70
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）