基于多尺度信号分量的复合结构损伤识别方法研究

摘要

结构在服役期内由于受到荷载作用和如台风、地震等突发性因素的影响，易出现损伤。为了保证结构的安全性、适用性和耐久性，准确地识别土木结构的损伤和评估其工作状态，开展对损伤识别技术的研究具有重要意义。
　　本文结合结构损伤识别领域国内外研究内容，运用小波包能量曲率和小波多尺度分析的方法识别结构的损伤位置以及发生损伤的时刻，主要工作包括以下几个方面:
　　1.通过3层简单框架结构的数值模拟算例验证小波包能量曲率差方法识别损伤位置的有效性，比较分别以加速度、速度和位移响应为小波包能量曲率差算法的输入信号时的损伤识别敏感性以及不同单元划分密度、响应节点位置对识别结果的影响;研究损伤时刻识别方法并且比较不同楼层处的加速度时程信号对损伤时刻识别的影响。
　　2.对1/6比例五层框支密肋复合墙结构建立有限元结构模型并进行时程响应分析，获得相应节点加速度时程响应数据信号，然后运用损伤前后小波包能量曲率变化率来识别损伤发生的位置，提出损伤位置识别综合指标;此外，研究采样频率对损伤时刻识别的影响，提出损伤时刻识别综合指标。
　　3.对1/6比例五层框支密肋复合墙结构进行振动台试验。使用初始时未损数据和最终已损伤时的数据信号，通过小波包能量曲率变化率来判别振动台试验模型的损伤发生位置，并与实际发生损伤的位置对比。此外，对试验加速度数据信号进行多尺度小波分解，判断在某一较大峰值加速度下损伤发生的时刻。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 工程背景及意义

1．2 结构损伤识别技术的发展

1．3 结构损伤识别技术的方法分类

1．3．1 基于固有频率的损伤识别方法

1．3．2 基于固有频率和模态的损伤识别方法

1．3．3 基于测试频率响应函数的损伤识别方法

1．3．4 基于测试应变模态的损伤识别方法

1．4 结构损伤识别的智能计算新方法

1．4．1 遗传算法

1．4．2 神经网络算法

1．4．3 小波分析在损伤识别方法中的应用

1．5 本文研究的主要内容

2 基于数值模拟的框架结构损伤识别分析

2．1 基于小波包能量曲率差的损伤位置识别

2．1．1 小波及连续小波变换

2．1．2 多分辨率分析

2．1．3 小波包分析

2．1．4 小波包能量曲率差分析方法

2．2 基于小波包能量曲率的框架结构损伤位置识别算例

2．2．1 简单钢筋混凝土框架结构有限元模型的建立

2．2．2 损伤指标敏感性比较

2．2．3 不同响应的损伤识别结果对比

2．2．4 有限元模型网格划分密度对识别结果的影响

2．2．5 所选响应节点与损伤柱之间位置关系对识别结果的影响

2．3 基于振动信号多尺度分析的损伤时刻识别

2．3．1 结构损伤时刻识别的理论原理

2．3．2 结构损伤时刻识别的方法

2．4 基于振动信号多尺度分析的框架结构损伤时刻识别算例

2．4．1 不同小波函数各尺度识别效果的比较

2．4．2 不同楼层加速度信号小波变换结果的研究

2．5 本章小结

3 基于数值模拟的复合结构损伤识别分析

3．1 底部两层框架密肋复合墙结构简介

3．2 有限元模型的建立

3．3 地震作用下复合结构有限元模型的损伤位置识别

3．3．1 复合墙损伤位置的识别

3．3．2 柱损伤位置的识别

3．3．3 托梁损伤位置的识别

3．3．4 损伤程度不同的识别比较

3．4 基于多尺度小波包能量曲率变化率的损伤位置识别综合指标

3．5 地震作用下复合结构有限元模型的损伤时刻识别

3．6 基于多尺度分析的损伤时刻识别综合指标

3．7 本章小结

4 基于复合结构振动台试验数据的损伤识别分析

4．1 模型设计及振动台试验方案

4．1．1 模型设计依据

4．1．2 模型的相似要求

4．1．3 试验模型的设计

4．1．4 试验设备及测试方案

4．2 地震作用下复合结构试验模型的损伤位置识别

4．2．1 实测加速度信号的降噪处理

4．2．2 降噪处理后加速度信号试验数据验证

4．3 地震作用下复合结构试验模型损伤时刻识别

4．4 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的论文

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