帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)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(fù)雜的服役環(huán)境中常會(huì)遭受各種損傷，當(dāng)這些損傷累積到一定的程度，結(jié)構(gòu)的剛度和承載力會(huì)顯著的下降，從而影響整個(gè)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(jì)損失和人員傷亡。因此，如何有效、便捷地檢測(cè)這些損傷，及時(shí)對(duì)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(shí)頻分析方法，被認(rèn)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(hào)奇異性檢測(cè)、信號(hào)去噪等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為結(jié)構(gòu)健康診斷

2、開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。本文著重對(duì)小波分析方法在帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷診斷中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容有： 在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中，通常將裂紋簡(jiǎn)化為橫向貫通裂紋，采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，由于模型簡(jiǎn)化可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的偏差，影響損傷識(shí)別效果。為此，本文以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)，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(shí)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(duì)象，運(yùn)用三維有限元方法來分析損

3、傷梁的動(dòng)力特性，將得到的振型參數(shù)進(jìn)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(shí)別方法。通過對(duì)簡(jiǎn)支梁的數(shù)值算例，證明了該方法對(duì)簡(jiǎn)支梁損傷識(shí)別的有效性。對(duì)比簡(jiǎn)支梁的不同振型階數(shù)和所選擇的小波尺度的不同識(shí)別效果，可知基本振型是用小波變換識(shí)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(duì)連續(xù)梁的數(shù)值算例，證明該方法對(duì)連續(xù)梁損傷識(shí)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(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。 運(yùn)用切比雪夫多項(xiàng)式逼近法具有精確性的特點(diǎn)，采用曲線擬合構(gòu)造出測(cè)點(diǎn)位移函數(shù)按切比雪夫多項(xiàng)式的展開式的函數(shù)，利用該多項(xiàng)式函數(shù)值計(jì)算曲率模態(tài)，進(jìn)而建立了帶片狀裂紋梁曲率模態(tài)小波變換的損傷識(shí)別方法。對(duì)帶片狀裂紋簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的數(shù)值仿真計(jì)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(dǎo)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(yùn)用曲率模