基于主成分分析的結(jié)構(gòu)損作識(shí)別.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是土木工程結(jié)構(gòu)的安全保障體系的重要組成部分，而健康監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題核心之一是結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別。損傷識(shí)別是定量評(píng)估結(jié)構(gòu)狀態(tài)、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)剩余壽命和制定維護(hù)和修復(fù)方案的基礎(chǔ)。一般認(rèn)為，結(jié)構(gòu)損傷將造成結(jié)構(gòu)剛度的降低進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率和振型等固有特性的變化，現(xiàn)有基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)量的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究大多是從結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)測(cè)量中抽取結(jié)構(gòu)的頻率和振型信息或者其他的派生量，并基于這些反映結(jié)構(gòu)本身動(dòng)態(tài)特征的量，通過(guò)適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法來(lái)識(shí)別反映結(jié)構(gòu)損傷

2、的結(jié)構(gòu)剛度。在本文中，提出了一種利用結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合主成分分析法和多元控制圖的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法，同時(shí)結(jié)合LabVIEW實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)。
　　 本文的主要研究工作如下：
　　 1.提出了基于結(jié)構(gòu)振型主成分分析的損傷識(shí)別方法，并通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證。通過(guò)有限元分析得到結(jié)構(gòu)在健康和損傷狀態(tài)下的振型，利用主成分分析法進(jìn)行坐標(biāo)變換來(lái)凸顯振型的變異，識(shí)別出結(jié)構(gòu)損傷的存在和位置，并結(jié)合Hotelling T2控制圖對(duì)主成分進(jìn)

3、行分析，分離異常數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷信息進(jìn)行了定量描述，討論了不同噪聲水平的影響。
　　 2.提出了基于加速度頻響函數(shù)和主成分分析的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法。頻響函數(shù)易于通過(guò)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力試驗(yàn)測(cè)試得到并包含了大量的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性。本文利用主成分分析對(duì)頻響函數(shù)對(duì)頻響函數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，減少或者消除原始信號(hào)中噪聲的影響。
　　 3.利用重構(gòu)頻響函數(shù)和基線頻響函數(shù)的向量夾角作為損傷指標(biāo)，并將其應(yīng)用到多元控制圖中識(shí)別損傷。利用正態(tài)分布檢驗(yàn)圖檢驗(yàn)損傷指

4、標(biāo)的分布情況，損傷指標(biāo)呈正態(tài)分布時(shí)用指數(shù)加權(quán)平均控制圖識(shí)別損傷，損傷指標(biāo)不呈正態(tài)分布時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)差控制圖識(shí)別損傷，損傷程度通過(guò)損傷指標(biāo)超過(guò)控制圖的控制限的點(diǎn)數(shù)和損傷指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值得到體現(xiàn)。
　　 4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提出方法的可靠性，對(duì)一四層框架結(jié)構(gòu)在3種損傷情況下進(jìn)行了損傷識(shí)別，結(jié)果表明識(shí)別方法有很好的應(yīng)用性，該方法不需要模態(tài)參數(shù)且避免了模態(tài)提取過(guò)程，能直接并且準(zhǔn)確的識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷。
　　 5.本文簡(jiǎn)單的介紹了虛擬儀器以及Lab