基于特征正交分解的结构损伤检测

论文摘要

随着时代的发展与进步,结构正向着大型化、复杂化方向发展,新型结构不断出现。有些结构的重要部件一旦发生损伤,其破坏程度将迅速发展,如果未能及时发现,将很有可能导致整个结构的破坏。此外,若能及时发现损伤并及时进行维修,也将为我们节省大量的资金。因此,对于结构进行健康检测变得非常迫切,而健康检测系统的核心问题是结构的损伤识别。基于结构振动分析的损伤识别方法是目前国内外研究的热点。国内外研究学者对此展开了广泛的研究工作并取得了大量的研究成果。本文将对一种较新的结构损伤识别分析方法——基于特征正交分解的结构损伤识别进行分析与研究。论文对特征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)的相关理论及研究进行了归纳与介绍;对有限元的相关知识以及论文中有限元分析模型地建立进行了相关介绍,运用ANSYS建立了简支梁模型,分别对模型在无损伤和损伤条件下进行了瞬态动力学分析,以获得相应的位移矩阵;对MATLAB软件进行了简要地介绍,并运用MATLAB对位移矩阵进行特征正交分解(POD),以获取特征正交模态(POM),通过获取损伤情况下与无损情况下POM的差值曲线,对结构中存在的损伤进行识别。此外,对原始位移矩阵进行噪声处理,模拟在噪声条件下获得的位移矩阵,以分析该方法在噪声条件下的损伤识别效果。研究结果表明:基于特征正交分解的结构损伤识别方法在无噪声影响的条件下,能够准确的对结构中存在的单损伤和多损伤进行定位,并能定性的识别出损伤的程度。在有噪声影响的情况下,较大的噪声对损伤识别的结果影响明显,在低噪声水平下损伤识别效果较好,噪声对识别结果影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 损伤识别的研究现状及方法简介
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 基于特征正交分解的损伤识别方法
• 2.1 引言
• 2.2 特征正交分解（POD）理论
• 2.3 奇异值分解（SVD）理论
• 2.4 基于特征正交分解损伤识别的步骤
• 2.5 本章小结
• 3 简支梁有限元模型及结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元法分析基本理论
• 3.3 ANSYS 瞬态动力学分析方法
• 3.4 有限元建模及分析结果
• 3.5 本章小结
• 4 简支梁损伤识别的 MATLAB 实现及结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 数值结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表的论文