基于振型小波分析的结构损伤识别研究

论文摘要

随着国民经济的快速发展,土木、机械、航空等领域各类工程结构不断增多,这些结构在运营中往往会产生结构性损伤,某些损伤甚至可能诱发灾难性事故,所以对现役工程结构进行损伤识别具有重要的工程价值,并已成为目前研究的热点之一。被誉为“数学显微镜”的小波分析方法在信号特征提取、奇异性检验等方面具有独特优势,有可能成为结构损伤识别与判定的有效技术手段并有广阔的应用推广前景。本文以一简支梁结构模型为研究对象,基于结构振型参数的小波分析与处理,对其识别结构损伤的能力与效果进行较为系统的研究。首先对小波分析的发展、基本理论、信号奇异性检验理论进行了总结；对简支梁具有典型结构损伤(裂缝、裂缝群、局部刚度减弱等)时的力学条件以及模态参数求解方法进行了分析,阐述了基于结构振型小波分析技术手段对结构损伤位置、损伤程度进行识别的原理与方法。针对受损简支梁结构模型,采用有限元数值模拟计算分析方法,基于振型小波分析对不同损伤类型、不同损伤位置、不同损伤程度等的识别进行了系统研究,研究表明,结构振型的小波变换及其相关系数可以分别对结构损伤的位置与程度实现有效判定。进一步地,论文对振型小波分析中不同尺度、不同小波基、不同振型的选择对结构损伤识别效果的影响进行了较全面的探讨。论文模拟制作了受损简支梁结构,采用Polytec激光扫描测振技术,首次以室内结构模态试验的方法获取结构振型数据,对基于振型小波分析进行结构损伤识别的原理和方法进行了实验验证,表明论文所述分析手段与方法能够对结构损伤实现有效定位,具有一定的工程实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构损伤识别的主要方法及国内外研究进展
• 1.2.1 基于结构固有频率的结构损伤识别方法
• 1.2.2 基于结构振型及其衍生指标的结构损伤识别方法
• 1.2.3 基于刚度和柔度矩阵的分析方法
• 1.2.4 基于神经网络的结构损伤识别方法
• 1.2.5 结构损伤识别其它方法
• 1.3 小波分析在结构损伤识别中的应用
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 基于小波分析的结构损伤识别原理
• 2.1 小波分析发展概述
• 2.2 连续小波变换
• 2.2.1 定义
• 2.2.2 小波变换的性质
• 2.3 离散小波变换
• 2.4 多尺度分析
• 2.4.1 多尺度分析的空间剖分
• 2.4.2 尺度函数φ（t）和小波函数ψ（t）的性质
• 2.5 小波奇异性理论
• 2.6 小波变换识别奇异点
• 2.6.1 小波变换识别奇异点位置
• 2.6.2 李氏指数与奇异性程度的关系
• 2.7 小波基的选择
• 2.8 小结
• 第3章 损伤梁的动力分析及损伤识别
• 3.1 梁的动力分析
• 3.2 含裂缝简支梁的力学分析
• 3.3 基于小波分析的损伤梁裂缝识别原理
• 3.4 小结
• 第4章 基于小波分析的简支梁损伤识别数值分析
• 4.1 引言
• 4.2 基于振型小波分析的简支梁损伤位置识别
• 4.2.1 损伤简支梁模型
• 4.2.2 多尺度小波分析
• 4.2.3 小波基的选择
• 4.2.4 振型的选择
• 4.2.5 多处损伤识别
• 4.3 基于振型小波分析的简支梁损伤程度识别
• 4.4 基于振型小波分析的简支梁损伤类型识别
• 4.4.1 带有裂缝群简支梁的损伤识别
• 4.4.2 局部刚度减弱的识别
• 4.5 小结
• 第5章 基于振型小波分析梁损伤识别的实验研究
• 5.1 受损简支梁模型制作
• 5.2 受损简支梁室内模态试验
• 5.3 单点损伤的实验识别
• 5.4 多点损伤的实验识别
• 5.5 小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文