基于四元數(shù)小波變換的結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)研究.pdf

1、基于振動(dòng)的狀態(tài)檢測(cè)是目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的主要方法之一，而大部分基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)方法需要激勵(lì)已知（可測(cè)）或激勵(lì)為白噪聲。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，不可能總是滿足上述條件。因此，在激勵(lì)不可測(cè)或不易測(cè)時(shí)，僅基于結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)就顯得尤為重要。
　　基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的狀態(tài)檢測(cè)主要分為兩個(gè)階段:一是探尋一種可以有效反映結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的狀態(tài)特征;二是選擇一種合理的狀態(tài)特征識(shí)別方法來(lái)完成結(jié)構(gòu)的狀態(tài)檢測(cè)。振動(dòng)傳遞率(TF)反映了振動(dòng)在結(jié)構(gòu)兩測(cè)點(diǎn)之

2、間的傳遞規(guī)律，是典型的僅基于響應(yīng)的狀態(tài)特征。在已有的基于TF的狀態(tài)檢測(cè)中，通常利用單軸傳感器采集振動(dòng)信號(hào)，由單通道信號(hào)計(jì)算得到的TF可能隨傳感器安裝姿態(tài)的變化而偏離理論值，甚至導(dǎo)致誤識(shí)別;而在狀態(tài)特征識(shí)別時(shí)，多考慮訓(xùn)練樣本的測(cè)試不確定性，而少有考慮單測(cè)試樣本的測(cè)量不確定性問(wèn)題。針對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題，本文提出了基于四元數(shù)小波變換（QWT）結(jié)合四元數(shù)傳遞率(QTJT)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)方法，并基于無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。本文主要工作

3、如下:
　　(1)采用ABAQUS軟件建立了無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的有限元模型，在沖擊載荷作用下以松脫不同數(shù)量扣件模擬軌道結(jié)構(gòu)的不同狀態(tài)，提取不同狀態(tài)下鋼軌的振動(dòng)信號(hào)，分別在時(shí)、頻域與實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)對(duì)比，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。并利用軌道結(jié)構(gòu)模型得到的振動(dòng)信號(hào)驗(yàn)證QTJT的可重復(fù)性，進(jìn)而驗(yàn)證了將QTJT用于結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)是可行的。
　　(2)在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上以松脫不同數(shù)量扣件模擬鋼軌不同狀態(tài)，利用兩個(gè)三軸傳感器采集鋼軌的振動(dòng)信號(hào)，計(jì)算得到QTJ

4、T模值，分別利用QWT、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、非負(fù)矩陣分解(NMF)以及K-L(Karhunen-Loeve)變換提取了不同狀態(tài)下的特征向量，并分別構(gòu)造訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本，進(jìn)行鋼軌不同狀態(tài)下的狀態(tài)識(shí)別，本次試驗(yàn)結(jié)果表明:QWT在參與比較的方法中綜合最優(yōu)。
　　(3)利用液壓鋼軌拉伸機(jī)對(duì)鋼軌施加不同大小的拉應(yīng)力，模擬鋼軌縱向溫度力的變化，同時(shí)將縱向溫度力和松脫扣件耦合得到鋼軌不同狀態(tài)，計(jì)算每種狀態(tài)下的QTJT模值，采用QWT方法進(jìn)行鋼軌