基于提升小波熵谱的梁板组合桥损伤检测研究

摘要

目前结构损伤识别和健康监测已成为土木工程领域研究的热点之一,而在传统小波分析基础上发展起来的提升小波具有计算速度快、占用存储空间小和自适应性等优点,已被越来越多的科技工作者应用于航空、航天和机械故障诊断领域,但在土木工程中的应用还很少,因此研究发展基于提升小波的土木工程结构损伤检测和识别方法显得十分必要。
　　 本文首先介绍了土木工程结构损伤识别方法,以及基于提升小波变换的结构损伤识别方法的国内外研究现状,并依据提升小波基本理论,论述了提升小波对结构异常信号的识别原理与方法,通过具体提升格式,给出了几种常用的提升小波公式。
　　 其次,通过对简支梁和梁板组合桥结构的数值模拟,对传统小波和提升小波的结构损伤识别效果进行了比较,分析结果显示基于提升小波的结构损伤识别效果要优于普通传统小波。
　　 第三,依据提升小波和信息熵理论,提出了基于提升小波熵的结构损伤识别方法,建立了提升小波时间熵和相对提升小波熵结构损伤指标。通过数值模拟简支梁和梁板组合桥动力响应数据的分析验证,表明提升小波时间熵能够较好地识别结构损伤时刻,而相对提升小波熵能够识别结构损伤位置和结构损伤程度。
　　 最后,为了验证所提出损伤识别方法对实际工程的适用性,切实解决实际工程的损伤检测和识别问题,通过不同损伤位置、不同损伤时刻和不同损伤数量的简支H型钢梁的实验室动力试验和分析,进一步验证了损伤识别方法的准确性和适用性。说明所提出结构损伤指标和结构损伤识别方法具有较好的适用性和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 土木工程结构损伤识别研究现状

1.2.1 动力指标分析方法

1.2.2 无模型结构损伤识别方法

1.2.3 有限元模型修正方法

1.2.4 时、频域方法

1.2.5 基于小波分析的结构损伤识别方法

1.3 基于提升小波变换的结构损伤识别研究现状

1.3.1 提升小波方法的国外研究现状

1.3.2 提升小波方法的国内研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 提升小波变换基本理论

2.1 基于提升格式的小波算法

2.1.1 小波分解与重构的多相位表示

2.1.2 Laurent多项式的Euclidean算法

2.1.3 多相位矩阵的因子分解

2.1.4 小波变换提升实现的传统算法

2.2 提升算法举例

2.2.1 用传统提升小波算法实现(5-3)小波变换的提升

2.2.2 用传统提升小波算法实现(9-7)小波变换的提升

2.2.3 用传统提升小波算法实现D4小波变换的提升

2.3 结构异常信号的检测与识别

2.4 本章小结

3 基于提升小波变换和提升小波熵的结构损伤识别

3.1 数值模拟算例

3.1.1 数值模拟谐波函数算例

3.1.2 数值模拟简支梁算例

3.2 基于提升小波的梁板组合桥损伤时刻识别

3.2.1 梁板组合桥分析模型

3.2.2 基于提升小波的梁板组合桥损伤时刻识别

3.3 基于提升小波熵的梁板组合结构损伤识别

3.3.1 提升小波熵指标

3.3.2 基于提升小波熵的简支梁损伤识别

3.3.3 基于提升小波熵的梁板组合桥损伤识别

3.4 本章小结

4 模型梁实验室振动试验

4.1 试验梁模型概况

4.1.1 试验梁模型

4.1.2 试验装置

4.1.3 采样频率的确定

4.1.4 试验方法

4.2 基于提升小波熵的简支梁损伤识别

4.2.1 基于相对提升小波熵的简支梁损伤位置识别

4.2.2 基于相对提升小波时间熵的简支梁损伤程度识别

4.2.3 基于提升小波时间熵的简支梁损伤时刻识别

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 论文主要结论

5.2 进一步研究展望

参考文献

致谢

个人简历

在读期间发表的学术论文