小波分析在梁-拱結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的應(yīng)用.pdf

1、結(jié)構(gòu)在服役過程中由于受長期荷載、疲勞和突發(fā)因素的影響會(huì)產(chǎn)生不同程度的損傷，當(dāng)損傷積累到一定程度時(shí)有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突發(fā)性失效，造成財(cái)產(chǎn)的重大損失和人員傷亡。為了保證結(jié)構(gòu)的安全和減少結(jié)構(gòu)的維護(hù)成本，有必要發(fā)展一種高效、實(shí)用的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法以確定結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷、損傷的位置及程度。 由于結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷后會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生影響，將結(jié)構(gòu)固有頻率、阻尼、振型等量和結(jié)構(gòu)損傷建立某種聯(lián)系，并通過監(jiān)測這些量的變化來評(píng)估損傷是一種可行的方法。過去

2、40多年內(nèi)，研究人員依據(jù)這一原理發(fā)展了許多結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法。近年來，小波分析作為一種新興的數(shù)字信號(hào)處理工具，在空間、頻率域都具有表征信號(hào)局部特征的能力，能對(duì)局部損傷進(jìn)行很好的識(shí)別。 本文將基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)分析方法和小波分析相結(jié)合，用于結(jié)構(gòu)損傷檢測。數(shù)值模擬得到拱結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，對(duì)如何利用小波分析進(jìn)行損傷特征的提取，包括在有噪聲干擾的情況下如何提高識(shí)別準(zhǔn)確度做了初步探索。 本文主要的研究工作如下： 一、概括了土木工程

3、、機(jī)械設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域中損傷檢測的研究進(jìn)展，并總結(jié)了基于動(dòng)力特性的各種損傷檢測方法。對(duì)基于各種不同參數(shù)的損傷檢測方法進(jìn)行了分析和比較。 二、用頻率和振型作為損傷識(shí)別參數(shù)，以梁和拱為例，進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷時(shí)，頻率和振型出現(xiàn)相應(yīng)的變化。這些變化可以作為損傷出現(xiàn)、損傷位置和程度的特征參數(shù)。 頻率容易得到且具有較高精度。通過頻率變化可以檢測結(jié)構(gòu)中的裂紋。由于結(jié)構(gòu)損傷早期頻率變化不明顯，所以頻率檢測可能會(huì)失效。

4、 與振型有關(guān)的參數(shù)(如振型變化量和振型曲率)對(duì)結(jié)構(gòu)的早期損傷比較敏感。對(duì)小損傷最為敏感的是振型曲率，其次是振型變化量，振型的識(shí)別效果較差。振型參數(shù)可以對(duì)結(jié)構(gòu)的局部損傷進(jìn)行檢測并進(jìn)行定位。 三、小波變換作為一種新的信號(hào)處理方法，可以有效地提取損傷特征并能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)裂紋。用連續(xù)小波變換對(duì)模態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，來識(shí)別結(jié)構(gòu)中的損傷并進(jìn)行定位；闡述了多分辨率分析的方法，并對(duì)模態(tài)信號(hào)進(jìn)行損傷識(shí)別。 四、結(jié)構(gòu)的多位置損傷不可避免，文中討論了