基于附加质量与数据融合的结构损伤识别方法

摘要

工程结构的运营状况与人身安全息息相关，因此保障结构的正常使用是非常重要的。但结构在长期的服役过程中会由于内在因素和外在因素的影响出现损伤，及时地识别出 损伤并作出维修措施是保障人民生命安全的重要途径。基于振动信息的损伤识别方法通过分析结构的响应察觉结构物理参数的变化实现损伤的诊断。作为目前最常用的方法，要精确的识别结构损伤仍面临着抗噪能力差、对模型精确度要求高、对损伤不敏感等问题。 本文提出基于附加质量与数据融合的结构损伤识别方法，力求解决损伤识别过程中遇到的问题。主要研究内容如下： (1)介绍了移动质量的多次检测法，在结构的不同位置移动附加质量，测得质量块-结构系统的频率曲线，利用频率曲线识别结构的损伤。 (2)在无有限元模型的条件下，提出了基于曲率和基于小波分析的损伤识别方法。以简支梁为例进行数值分析，对结构系统的前几阶频率曲线通过曲率、小波分析的方法定位损伤位置。并推导了由移动质量多次检测方法获取的频率信息反演计算结构位移的公式，通过建立有限元模型获取结构的刚度信息求取单元模态应变能识别结构损伤。而位移模态计算值与刚度信息在自由度上是不匹配的，采用Guyan缩聚法保留竖向自由度的刚度信息，确定损伤指标定位结构的损伤位置。最后对简支梁数值分析验证方法的可行性。 (3)提出基于附加移动质量的数据融合的结构损伤识别方法。介绍了基于数据融合的结构损伤识别模型和证据理论的原理。应用证据理论对基于振动信息的损伤识别方法进行改进，提出了基于多模态信息融合的损伤识别方法和基于多模型数据融合的损伤识别方法。分别对简支梁、连续梁、大型桥梁数值模拟分析，结果显示两种方法可准确的定位损伤，且具有良好的损伤敏感性和抗噪能力。 最后，通过对悬臂梁、简支梁结构进行试验分析，验证基于附加移动质量的数据融合损伤识别方法的可行性和有效性。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外的研究概况

1.2.1 基于动力指纹的损伤识别

1.2.2 基于小波分析的损伤识别方法

1.2.3 基于模型修正的损伤识别方法

1.2.4 基于数据融合的损伤识别方法

1.3 结构损伤识别亟待解决的问题

1.4 本文的研究思路

1.5 本文的研究内容

2 基于附加移动质量的结构损伤快速定位方法

2.1 引言

2.2 移动质量的检测方法

2.2.1 基本原理

2.2.2 质量块重量对固有频率的影响

2.3 基于曲率模态的损伤识别

2.3.1 曲率模态的获取方法

2.3.2 数值模拟

2.4 基于平稳小波分析的损伤识别

2.4.1 小波的定义

2.4.2 平稳小波变换

2.4.3 小波函数选取

2.4.4 数值模拟

2.5 基于模态应变能的结构损伤识别

2.5.1 位移模态的识别

2.5.2 模态应变能的损伤识别方法

2.5.3 模型缩聚

2.5.4 数值模拟

2.6 本章小结

3 基于附加移动质量的数据融合的结构损伤识别方法

3.1 引言

3.2 基于数据融合的结构损伤识别模型

3.2.1 数据级融合的损伤识别模型

3.2.2 特征级融合的损伤识别模型

3.2.3 决策级融合的损伤识别模型

3.3 证据理论

3.3.1 证据理论的基本定义

3.3.2 证据理论的组合规则

3.4 基于证据理论的损伤识别方法

3.5 数值模拟

3.5.1 简支梁的数值模拟

3.5.2 连续梁的数值模拟

3.5.3 大跨桥梁的数值模拟

3.6 本章小结

4 基于附加移动质量结构损伤识别的试验验证

4.1 引言

4.2 试验设备和试验过程

4.2.1 试验设备

4.2.2 试验过程

4.2.3 试验数据处理

4.2.4 结构频率信息的识别

4.3 悬臂梁试验

4.3.1 试验模型及模态分析

4.3.2 基于多模态数据融合的损伤识别

4.3.2 基于多模型结构的损伤识别

4.4 简支梁试验

4.4.1 试验模型及模态分析

4.4.2 损伤识别

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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