基于压电阻抗与改进马氏距离的木试件损伤检测试验研究

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1、分类号学号M201273072学校代码10487密级硕士学位论文基于压电阻抗与改进马氏距离的木试件损伤检测试验研究学位申请人：王浩学科专业：结构工程指导教师：王丹生教授答辩日期：2015年5月17日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringExperimentalStudyonDamageDetectionofTimberSpecimenBasedonthePiezoel

2、ectricImpedanceandModifiedMahalanobisDistanceCandidate:WangHaoMajor:StructuralEngineeringSupervisor:Prof.WangDanshengHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不

3、包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，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结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月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，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技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。保密□，在________

4、____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要压电阻抗技术近年来被广泛应用于土木工程结构损伤识别与健康监测领域，包括钢结构、混凝土结构以及铝合金结构的损伤检测。但是，关于将其应用于木结构的损伤检测方面的研究比较少。本文在压电阻抗技术已有的研究成果上，通过木试件损伤检测试验研究，探索了将压电阻抗技术应用于木结构损伤识别的可行性。本文的试验材料包括针叶类代表木材芬兰松和阔叶类代表木材巴劳木，

5、损伤类型包括横纹损伤、顺纹损伤以及孔洞损伤。通过分别测量健康与损伤状态下试件的导纳曲线，研究压电阻抗技术对于木结构损伤识别的可行性。为定性判断损伤程度，除使用常规的相关系数（CC）、均方根偏差（RMSD）指标以外，还引入了马氏距离（MahalanobisDistance）。由于马氏距离指标在本试验数据处理中存在计算结果不可靠等问题，本文对马氏距离进行了基于主成分分析的合理改进，建立了基于改进马氏距离（ModifiedMahalanobisDistance）的损伤程度评价指标。根据本文研究内容，可得出

6、以下结论：1、压电阻抗技术对芬兰松的损伤比巴劳木更为敏感。通过观察发现，芬兰松损伤检测试验中所有频率段的CC和RMSD均可有效反映损伤变化，而巴劳木损伤检测试验中存在少量工况的部分频率段不能反映损伤变化。2、不同损伤类型的损伤敏感频率段不一样。分析CC、RMSD指标可知，横纹、顺纹损伤在30kHz-50kHz的损伤指标变化更显著；而孔洞损伤在30kHz-50kHz和150kHz-500kHz的指标变化更为显著。3、改进马氏距离融合了多频率段损伤信息，比CC和RMSD指标包含了更多的统计信息，可以从整

7、体上衡量各工况之间的差异，为基于压电阻抗技术的木结构损伤检测提供更可靠的评价。综上所述，将压电阻抗技术应用于木试件损伤检测是可行的。关键词：压电阻抗木试件损伤检测相关系数均方根偏差改进马氏距离I华中科技大学硕士学位论文AbstractInrecentseveraldecades,PiezoelectricImpedanceTechnology(PZT)hasbeenextensivelyemployedinstructuraldamagedetectionandhealthmonitoring,in

8、cludingdamagedetectionofsteelstructures,reinforcedconcretestructures,andaluminumstructures.However,researchrelatedtotheapplicationofPZTondamagedetectionofwoodenstructurewasrarelyinvestigated.BasedonpreviousacademicachievementsofPZT,theo