基于小波变换的桥梁模态识别方法研究

摘要

桥梁是国家的经济命脉。桥梁结构一般都处在交通枢纽上，确保结构安全性和可靠性是非常重要的。所以，近年来对桥梁健康监测的研究和实践越来越受到人们的重视。 桥梁健康监测的瓶颈是提取具有判别价值的桥梁结构健康指标。研究和实践证明小波分析是提取结构健康指标的有效方法。小波分析是一种信号的时间——尺度分析和时间——频率分析方法，它具有很多优良的特性，在实际工程中得到了广泛的应用。 本文将小波分析理论引入模态识别领域中，并在密集模态、去除信号中激励特征以及去除边界效应方面做了相应改进。本文的主要工作分为两方面： (1)基于小波分析的模态识别。本文详细介绍了小波分析的基本理论，并进一步说明其在模态识别领域的优点。然后针对其在模态识别方面的技术难点做相应理论推导。 (2)基于小波分析的算例验算。本文利用小波分析方法对三自由度弹簧——质量体系进行模态识别，以证明小波分析方法在密集模态识别方面的可行性；对斜拉桥结构进行数值仿真分析，以证明小波分析方法在复杂结构模态识别方面的可行性；对简支梁结构和斜拉桥结构进行实验研究，以证明小波分析方法在对脉冲作用下的结构进行模态识别方面的可行性；对苏通大桥桥塔进行模态识别，以证明小波分析方法在对环境激励下的结构进行模态识别的可行性。 数值研究、实验研究及工程研究的结果证明小波分析方法在模态识别方面是有效的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1桥梁健康监测系统的产生及其意义

1.2桥梁模态识别的研究概况及发展趋势

1.2.1桥梁模态识别在健康监测中的作用

1.2.2桥梁模态识别的研究现状

1.3小波变换的发展及其在工程中的应用

1.3.1傅立叶变换及其缺陷

1.3.2从傅立叶变换到小波变换的发展

1.3.3小波变换及在结构模态识别领域的应用

1.4课题的研究内容及意义

1.4.1研究内容

1.4.2创新点

第2章小波基模态识别理论

2.1小波基信号分析理论基础

2.1.1小波变换基础理论

2.1.2小波母函数

2.2基于小波分析的结构模态识别方法研究现状

2.2.1小波基模态识别方法意义与现状

2.2.2小波基模态识别方法的难点

2.3基于相关函数分析的小波基模态识别理论

2.3.1随机振动信号预处理

2.3.2解决边界效应问题的负延拓处理

2.3.3小波变换在模态识别上的理论推导

2.3.4小波基模态识别方法的时频解析度分析

第3章小波基模态识别方法数值研究

3.1三自由度质量块—弹簧系统模态识别研究

3.1.1三自由度质量块—弹簧系统

3.1.2三自由度质量块—弹簧系统模态识别具体过程和结论

3.2斜拉桥模态识别研究

3.2.1模拟实验所用的斜拉桥模型

3.2.2模拟实验的具体过程及结论

3.3本章结论

第4章小波基模态识别方法实验研究

4.1实验大纲

4.2数据处理

4.2.1简支梁

4.2.2斜拉桥

4.3实验结果

第5章小波基模态识别方法的工程应用研究

5.1苏通大桥桥塔小波基模态识别方法研究

5.1.1苏通大桥工程简介

5.1.2苏通大桥北塔数据分析过程及结果

5.2本章结论

第6章结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2本文研究的不足及后续研究展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果