基于小波理论含片状裂纹框架结构损伤识别研究

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1、ResearchonSheetCracksIdentificationofFramedStructureBasedonWaveletAnalysisTANGQIB．E．(UniversityofSouthChina)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringStructuralEngineeringChangshaUniversityofScience&Technology

2、SupervisorProfessorGuanDeqingMay,2013长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：农该吼矽侈年罗月易日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机

3、构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密囹。作者签名：(请在以上相应方框内打“4”)务张日期：劢17年罗月7-,7H日期：韧岁年』，月堵日摘要框架结构是多高层建筑较多采用的结构形式，广泛应用于住宅、办公楼、旅馆、医院、商场等建筑中。其在实际的使用过程中，由于受疲劳荷载、腐蚀作用等的影响，结构会出现各种损伤，严重的

4、甚至可能导致房屋坍塌等灾难性发生。因此，利用小波理论研究框架结构的损伤识别方法，具有重要的理论意义和应用价值。在对结构进行损伤诊断时，现有研究通常将裂纹简化为沿厚度方向的贯通裂纹，采用梁单元进行结构分析，这样可以使复杂的结构损伤识别问题得到简化。然而工程实际中存在的裂纹大多是非贯通裂纹，采用梁单元简化模型来分析，可能会导致计算结果的偏差，影响结构损伤识别的效果。为此，本文采用半椭圆表面片状裂纹模型研究框架结构的损伤识别问题，主要内容如下：本文使用小波理论，提出了基于小波分析的含片状裂纹框架结构的损伤识别原理。通

5、过建立框架结构的三维有限元模型对框架进行动力特性分析，得到含片状裂纹框架结构的模态参数，以Mexhd,波为母小波进行连续小波变换，并根据小波系数模极大值来判断框架结构损伤的位置，建立了一种含片状裂纹的框架结构的损伤识别方法。以含半椭圆表面片状裂纹的简单框架结构为研究对象，建立了一层一跨简单框架结构的三维有限元模型，运用有限元方法来分析含片状裂纹框架结构的动力特性，分别得到了框架结构三种不同类型的模态参数(位移、曲率及应变模态)，以Mexhd,波为母小波，分别对其模态参数进行连续小波变换，得到相应的小波系数图，再

6、由小波系数图中的信号突变点来判断损伤的位置。数值算例表明，这三种模态参数方法都能有效识别损伤的位置，特别是应变模态小波变换方法和曲率模态小波变换方法得到的小波系数图形线条更为平滑、奇异性特征更为明显，即在裂纹识别中更敏感，损伤识别结果更能准确反映裂纹的位置。本文在分析含片状裂纹简单框架结构损伤识别的基础上，采用半椭圆表面片状裂纹模型，进一步研究了含片状裂纹的两层一跨和两层两跨框架结构的损伤识别问题。通过对框架结构进行三维有限元分析，得到两种框架结构分别在不同损伤工况下的三种模态参数(位移模态、应变模态和曲率模态

7、)，并对模态参数进行小波变换，通过小波系数模极大值来判定损伤的位置，验证了方法在复杂框架结构损伤识别中的有效性。本文研究结果对于框架结构的损伤诊断应用问题具有指导意义。关键词：小波理论；框架结构；损伤识别；片状裂纹；位移模态；曲率模态；应变模态ABSTRACTFramestructureismoreusedinmultistoriedandhigh·risebuildings，whicharewidelyusedinresidential，officebuildings，hotels，hospitals，sho

8、ppingmallsandotherbuildings．Duringtheactualusedprocessing，becauseitshouldsufferfromchronicfatigueload，corrosioninfluenceandSOon，allsortsofinjurywillappear,andevenitCanleadtobuildingcollapseandth