基于提升小波变换的框架结构损伤检测

摘要

伴随世界经济的快速发展,土木工程结构越来越大型和复杂化,其健康状况也愈来愈引起业主和技术人员的重视,因此对结构的损伤情况和健康状况进行检测已经成为土木工程领域研究的一个热点。在损伤检测和故障诊断方面,作为一种优良的时频分析工具,提升小波变换已经由理论研究推广到实际应用,当前主要集中信号分析、图像处理和机械故障诊断等领域,在土木工程中的应用还比较少。本文就提升小波变换在土木工程结构损伤识别方面的应用进行了分析、研究和探索,对提高土木工程结构损伤检测的研究和应用水平具有十分重要的现实意义。
　　 首先根据土木工程结构损伤识别的基本问题,对现有结构损伤识别方法进行了分析和概括,重点介绍了基于提升小波的损伤识别和故障诊断在国内外的研究现状。
　　 其次,依据提升小波变换的基本理论,给出了提升算法的基本步骤,并通过多相位矩阵的形式来表示提升算法的具体过程。
　　 第三,利用提升小波变换检测信号突变信息的优越性,选取提升小波细节信号作为损伤指标,利用对原始加速度响应信号进行提升小波变换得到的细节信号损伤指标,准确识别出悬臂梁和框架结构的损伤时刻,但不能识别损伤位置及损伤程度。
　　 最后,为了能够识别出悬臂梁模型和框架结构的损伤位置,并衡量它们的损伤程度。选用对结构损伤敏感的提升小波能量作为观测指标,分别建立了基于马氏距离的损伤位置指标和损伤程度指标。利用该指标有效地识别出悬臂梁模型和框架结构的损伤位置和程度,说明了利用马氏距离作为识别方法来检测结构损伤的可行性。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.2 结构损伤识别的基本问题和方法

1.2.1 结构损伤识别的基本问题

1.2.2 结构损伤识别的基本方法

1.3 提升小波变换的结构损伤识别研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 提升小波变换的基本理论

2.1 提升小波变换的基本步骤

2.2 提升小波分解与重构的多相位表示

2.3 有限滤波器多相位矩阵的提升分解算法

2.4 小波变换提升算法的实现

2.5 用提升算法实现D4小波变换的提升算例

2.6 本章小结

3 基于提升小波细节信号的结构损伤识别

3.1 数值模拟悬臂梁

3.1.1 悬臂梁模型

3.1.2 悬臂梁的损伤工况

3.1.3 悬臂梁的损伤时刻识别

3.1.4 悬臂梁损伤位置的讨论

3.1.5 悬臂梁损伤程度的讨论

3.2 框架结构模型试验

3.2.1 模型简介

3.2.2 实验设备和试验方法

3.2.3 损伤时刻识别

3.2.4 框架结构损伤位置与损伤程度的分析

3.3 本章小结

4 基于提升小波能量的马氏距离指标

4.1 马氏距离的基本理论

4.1.1 马氏距离的概念

4.1.2 马氏距离的意义

4.2 马氏距离在悬臂梁损伤检测中的应用

4.2.1 损伤指标的建立

4.2.2 悬臂梁损伤位置的检测方法与基本步骤

4.2.3 悬臂梁损伤程度的判定方法与基本步骤

4.3 马氏距离在框架结构损伤中的应用

4.3.1 框架梁结构损伤位置的识别方法

4.3.2 框架结构损伤程度的判定方法

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文主要研究结论

5.2 研究展望

参考文献

个人简历

致谢