工程起重机桁架结构早期损伤的小波识别

论文摘要

裂纹的产生和扩展对结构的安全服役构成潜在的威胁，如果作为各类工程机械主要受力部件的桁架结构的损伤未被及时发现，就有可能造成桁架结构报废、整机损坏、甚至人员伤亡等重大事故。本文针对上面的问题，对桁架结构的早期损伤识别进行研究。并且以大连理工大学机械工程学院与山东奥奇重工联合开发的350t履带起重机和山东三建船业的K10000塔式起重机为项目背景。（1）比较小波分析的方法和现有的各种损伤识别的方法以及其它时—频分析方法，突出小波方法较之其它损伤识别和信号处理的方法，对早期损伤识别的优越性所在。并且根据在裂纹处各状态参量的连续条件选取合适的小波函数用以后面的数值分析。（2）用ANSYS有限元实体建模的方式模拟裂纹的真实情况，对有一处或多处损伤的悬臂梁和简支梁进行有限元动（静）力学分析，提取后处理的位移、速度和加速度响应信号，对响应信号加以处理，之后用MATLAB小波工具箱与小波函数进行分析，提取结构损伤信息，识别结构的损伤。（3）对桁架结构使用“梁单元+板单元”的建模方法，对模型进行瞬态动力学分析，提取结构的瞬时速度和位移响应信号，用小波方法对响应信号加以分析，识别结构的损伤位置和损伤程度。（4）在仿真实验模型响应信号中加入不同信噪比的噪声，对经小波降噪后的信号进行小波分析，识别结构损伤。研究结果表明，小波变换的方法对桁架结构及其组成单元的简支梁、悬臂梁的早期损伤位置和程度具有识别能力，并且对于含噪音的信号同样有效。实验表明，小波变换的方法对结构局部早期损伤是敏感的，是有力可靠的结构早期损伤识别方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 进行结构早期损伤检测的重要性
• 1.2 研究背景
• 1.3 结构早期（小）损伤识别技术的发展趋势
• 1.4 小波分析研究概况及发展趋势
• 1.4.1 小波分析方法较其它早期损伤识别方法的主要优点
• 1.4.2 小波分析在国内外损伤识别领域的发展现状
• 1.5 本文工作与内容结构
• 1.5.1 本文工作
• 1.5.2 本文结构
• 2 小波理论和有限元理论及其在损伤识别领域的应用
• 2.1 引言
• 2.1.1 傅里叶变换（Fourier Transform）
• 2.1.2 加傅变换（Gabor transform）
• 2.2 小波变换
• 2.2.1 连续小波变换
• 2.2.2 离散小波变换
• 2.2.3 多分辨率分析与正交小波变换
• 2.2.4 小波变换的特性
• 2.3 小波变换在非平稳信号处理中的优势
• 2.4 小波方法奇异性检测原理
• 2.5 小波函数的性质及小波函数的选取
• 2.5.1 含裂纹简支梁的力学模型
• 2.6 ANSYS理论基础（有限元法）简介
• 2.6.1 有限元法的基本思想
• 2.6.2 有限元法的特点
• 2.7 本章小结
• 3 小波分析的梁结构早期损伤参数的识别
• 3.1 结构损伤模型及损伤识别
• 3.1.1 含裂纹悬臂梁的早期损伤识别
• 3.1.2 含裂纹简支梁的早期损伤识别（5%损伤）
• 3.1.3 含裂纹简支梁的早期损伤识别（1%损伤）
• 3.2 噪声的影响及信号的小波降噪原理
• 3.3 本章小结
• 4 实例分析
• 4.1 履带起重机固定副臂标准节在固定载荷下的早期损伤分析
• 4.1.1 履带起重机桁架臂有限元建模技术与方法
• 4.1.2 实验技术路线与方法
• 4.1.3 噪声对桁架臂损伤识别的影响
• 4.2 塔式起重机臂架在移动载荷下的早期损伤识别
• 4.2.1 有限元建模与加载
• 4.2.2 信号提取与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 全文研究工作总结
• 本文的实验方法的特点
• 进一步工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢