帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷識別的模態(tài)參數(shù)小波分析方法研究.pdf

1、土木工程結(jié)構(gòu)在復雜的服役環(huán)境中常會遭受各種損傷，當這些損傷累積到一定的程度，結(jié)構(gòu)的剛度和承載力會顯著的下降，從而影響整個結(jié)構(gòu)的使用性能與耐久性，甚至可能釀成重大的工程事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，如何有效、便捷地檢測這些損傷，及時對結(jié)構(gòu)健康狀況作出診斷顯得尤為重要。 小波分析作為一種具有多分辨率的時頻分析方法，被認為是傅立葉分析方法的突破性發(fā)展，以其在特征提取、信號奇異性檢測、信號去噪等方面的獨特優(yōu)勢，為結(jié)構(gòu)健康診斷

2、開辟了一個新的研究領域。本文著重對小波分析方法在帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷診斷中的應用進行了研究。主要研究內(nèi)容有： 在結(jié)構(gòu)損傷識別中，通常將裂紋簡化為橫向貫通裂紋，采用梁單元進行結(jié)構(gòu)分析，由于模型簡化可能導致計算結(jié)果的偏差，影響損傷識別效果。為此，本文以斷裂力學理論為基礎，提出了帶片狀裂紋(半橢圓形表面裂紋和橢圓形深埋裂紋)梁的損傷識別原理。首次以帶片狀裂紋(半橢圓形表面裂紋和橢圓形深埋裂紋)損傷梁為研究對象，運用三維有限元方法來分析損

3、傷梁的動力特性，將得到的振型參數(shù)進行小波變換，根據(jù)小波系數(shù)模極大值判斷裂紋的位置，建立了帶片狀裂紋梁振型小波變換的損傷識別方法。通過對簡支梁的數(shù)值算例，證明了該方法對簡支梁損傷識別的有效性。對比簡支梁的不同振型階數(shù)和所選擇的小波尺度的不同識別效果，可知基本振型是用小波變換識別裂縫位置的最佳振型，利用較小尺度上的小波系數(shù)圖確定裂紋的位置更為精確。而通過對連續(xù)梁的數(shù)值算例，證明該方法對連續(xù)梁損傷識別存在局限性，即小波系數(shù)線在支座處產(chǎn)生的奇異

4、性影響了識別結(jié)果的準確性。 運用切比雪夫多項式逼近法具有精確性的特點，采用曲線擬合構(gòu)造出測點位移函數(shù)按切比雪夫多項式的展開式的函數(shù)，利用該多項式函數(shù)值計算曲率模態(tài)，進而建立了帶片狀裂紋梁曲率模態(tài)小波變換的損傷識別方法。對帶片狀裂紋簡支梁和連續(xù)梁的數(shù)值仿真計算證明了該方法的有效性，與基本振型小波分析的方法相比較，曲率模態(tài)小波分析方法可以避免由于邊界約束導致的奇異性干擾，變換后的小波系數(shù)線更為平滑，奇異性特征更為明顯。因此運用曲率模