索网结构损伤识别数值与试验研究

论文摘要

近年来,随着科技的发展,张拉结构被广泛应用。由于该结构形式的设计服役期较长,受环境等因素的影响,可能会使结构发生损伤甚至发生事故。为了保障结构的安全性,对土木工程结构的损伤识别显得尤为必要。本文将Hilbert-Huang变换（HHT）这种新兴的信号处理技术应用到索网结构损伤识别中。文中首先对其基本理论进行了详细介绍,然后对几种经典数值信号进行HHT分析。结果表明,该方法能很好地处理非线性和非平稳信号。然后对索单元进行了非线性有限元及找形分析,并通过有限元软件ANSYS,实现了两个索网结构的找形。本文基于ANSYS有限元软件,对损伤前后的索网结构进行了数值分析,观察了静动力参数的变化,并对响应信号进行HHT变换,发现Hilbert边际谱随损伤程度和损伤位置的变化而变化。然后利用基于Hilbert边际谱构造的损伤指标,实现了对索网这类非线性结构的损伤识别,且能较好的识别损伤程度和损伤的大概位置。本文还对一索网缩尺模型进行了试验研究。研究表明,索网结构表现出很强的几何非线性。文中还对部分索松弛后的结构进行了研究,利用HHT变换处理加速度信号得到Hilbert边际谱,损伤后边际谱幅值变大,规律与数值模拟结果相符。证明利用该方法进行索网结构损伤状态评估可行可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 课题来源
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 结构损伤识别现状
• 1.3.2 信号处理方法的发展
• 1.3.3 基于HHT的结构损伤识别
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 希尔伯特-黄变换（HHT）的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 经验模态分解（EMD）
• 2.3 Hilbert谱和Hilbert边际谱
• 2.4 HHT算法流程图
• 2.5 几个经典数值信号的HHT仿真分析
• 2.6 HHT方法的优越性及不足之处
• 2.6.1 HHT方法的优越性
• 2.6.2 HHT方法的不足
• 2.7 本章小结
• 第3章 张拉结构的几何非线性有限元理论
• 3.1 引言
• 3.2 几何非线性有限元理论
• 3.3 找形分析
• 3.3.1 找形方法
• 3.3.2 算例分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 索网结构损伤后参数研究
• 4.1 拉索损伤主要因素
• 4.2 拉索损伤数值仿真模拟
• 4.2.1 静力分析
• 4.2.2 动力分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于HHT 的结构损伤识别
• 5.1 基于Hilbert边际谱的损伤特征向量
• 5.2 结构损伤识别指标
• 5.3 数值仿真试验
• 5.4 本章小结
• 第6章 索网模型试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 模型设计
• 6.3 试验前准备
• 6.3.1 测量系统
• 6.3.2 测点布置
• 6.4 测试内容
• 6.4.1 找形过程
• 6.4.2 部分索松弛分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 本文所做主要工作和结论
• 7.2 进一步的研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文