基于小波分析的结构损伤检测

论文摘要

大型结构在长期使用中会因各种因素而产生损伤和退化,如果没有被及时发现和采取必要的措施,将可能发生严重的事故,造成生命和财产的巨大损失。因此,对结构的健康状况进行适时的评估变得尤为重要,而损伤识别则是结构健康检测中的一项关键技术。在土木、机械以及航空工程等领域,利用结构动力特性的改变对损伤进行识别,已经成为一个受到广泛关注的研究方向。本文对多种基于结构动力特性的损伤识别方法进行了分析和评述,分别用模态分析和瞬态分析对结构的损伤问题进行了探讨,随后选择用小波变换分解结构动力响应信号得到的小波包能量谱来研究结构的损伤检测问题。首先,建立结构的有限元模型,利用ANSYS软件研究了因损伤而引起的结构的模态参数的变化,并求出其动力响应。其次,对结构模型进行瞬态分析。假定给结构突然施加脉冲荷载,得到结构的动力学响应信号,然后利用MATLAB中小波分析将动力响应信号分解得到子信号,求出各阶子信号的能量谱,再得到结构损伤前后的能量谱的变化量。最后,通过比较损伤前后小波分解子信号的差异和能量谱的变化,列出由于损伤程度和位置不同,结构模态参数和小波子信号能量谱所产生的变化,以用于结构的在线损伤检测。本文通过对一大跨度桥梁结构的损伤进行了分析,结果表明基于小波分析的结构损伤检测是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 结构损伤检测概述
• 1.1.1 研究背景及意义
• 1.1.2 结构损伤检测的研究现状
• 1.2 结构损伤检测技术的发展趋势
• 1.3 本文所做的工作
• 第2章 结构的动力理论与检测方法
• 2.1 概述
• 2.2 结构动力分析的理论方法
• 2.2.1 结构的动力特性实用计算方法
• 2.2.2 结构动力反应数值分析方法
• 2.3 结构动力的检测方法
• 2.3.1 结构损伤检测的方法
• 2.3.2 结构的激振方法
• 2.3.3 动力测试传感器与设备
• 2.4 小结
• 第3章 小波分析在结构损伤检测中的应用
• 3.1 概述
• 3.2 小波分析
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 小波变换简介
• 3.3 小波包能量谱在损伤检测中的应用
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 小波包的定义
• 3.3.3 小波包算法
• 3.3.4 小波包能量谱的算法
• 3.3.5 算例
• 3.4 小结
• 第4章 结构的损伤检测的应用实例
• 4.1 概述
• 4.2 结构算例
• 4.3 结构的模态分析
• 4.4 结构的瞬态分析
• 4.5 小波分析的应用
• 4.5.1 概述
• 4.5.2 不同位置、相同损伤的分析
• 4.5.3 位置相同、损伤不同的分析
• 4.6 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间发表的论文