基于小波奇异性检测在梁结构损伤识别中的研究

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1、工学硕士学位论文小波奇异性检测在梁结构损伤识别中的研究RESEARCHONSINGULARITYDETECTIONOFWAVELETANALYSISFORINJURYDETECTIONOFBEAMSTRUCTURE赵建英哈尔滨工业大学2008年6月国内图书分类号：TU311国际图书分类号：624工学硕士学位论文小波奇异性检测在梁结构损伤识别中的研究硕士研究生：赵建英导师：凡友华副教授申请学位：工学硕士学科、专业：岩土工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2008年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU311U.D.C:624Dissertatio

2、nfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHONSINGULARITYDETECTIONOFWAVELETANALYSISFORINJURYDETECTIONOFBEAMSTRUCTURECandidate:ZhaoJianyingSupervisor:AssociateProf.FanYouhuaAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:GeotechnicalEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefen

3、ce:June,2008Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要梁是土木工程结构中最简单基本的结构构件，因此高效、实用的梁体损伤识别方法是很重要的。本研究采用20世纪80年代后期新兴的小波分析方法。它能很好地分析信号的奇异点位置及奇异性强弱，因而通过小波分析方法能较好地识别出梁内的损伤。以往的一些研究大多是基于模态参数的动力指标分析法，这种方法简单易行，在一定程度上能识别损伤，但是对损伤识别的定位能力较差，并且对结构微小的损伤不敏感，此外，动力指标对噪音等环境因素的影响较敏感，且由于需要损伤之

4、前的动力指标，给工程实际带来一定的困难。针对基于模态参数的损伤识别的缺点，本文研究了基于非模态参数的损伤识别方法，此方法不需要结构完好状态的模型和数据信息。本文运用有限元软件ANSYS建立含裂缝的试验梁模型，通过对提取的挠度曲线以及时程曲线进行小波分析识别梁的损伤。研究内容和研究成果主要包括以下几个方面：（1）本文利用小波变换工具，对当前结构的变形即挠度信号进行分析和处理，从而识别出损伤的所在。对于对矩形冲击荷载、三角形冲击荷载作用后的简支梁的动挠度曲线采用Mexicanhat小波进行小波变换，可以从小波的模极大值得出裂缝的存在及其位置。采用本文方法对于损伤小于0.1的情况

5、也能够较好的识别出。同时，以两处损伤为例，研究了多损伤情况下，小波工具识别损伤的有效性。分析结果说明了在两处损伤存在的情况下，损伤的存在和损伤的位置也能很好的识别。并且通过不同损伤程度的对比，得出小波系数幅值与损伤的程度成正比。（2）利用一维连续小波变换对单点的位移时程信号进行了处理分析，这种方法可以克服提取挠度曲线时需要布设很多传感器的缺点。只要较少的传感器即可达到损伤检测目的。目前，车辆在行驶时，车辆冲击作用对桥梁的影响还没有完全符合实际的理论分析和计算。只能采用比较粗糙的近似方法。本模型中将这种作用近似的简化为移动简谐荷载，提取单点的位移时程曲线进行小波分析。当存在一

6、处损伤时，确定损伤位置的误差仅在2%以内。多处损伤的情况下损伤的存在较容易确定，但由于奇异点的移位，使得损伤位置的确定误差较大。（3）在ANSYS里建立钢筋混凝土简支梁模型，相应的汽车荷载的简化为三个作用力，三个作用力F、F、F依次进入梁体时，由于荷载由无123I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文到有会使小波系数产生奇异性。此奇异性远大于损伤所产生的奇异性，在损伤识别时要加以剔除。剔除荷载变化引起的奇异性以后，单处损伤时，出现一组奇异点，两处损伤时，出现两组奇异点。（4）此外，还研究了不同的分析尺度、不同的损伤程度、不同的小波函数、不同的采样点位置以及噪声等因素对损伤识别的影响

7、。本文得到的结论，说明了小波作为一种新兴的信号处理工具，在隐藏信息的处理中有一定的优势，小波变换在梁结构裂缝检测中是一种有效的工具。关键词损伤检测；小波分析；梁结构；数值模拟IIAbstractAbstractBeamisthemostsimpleandbasiccomponentsinstructureofcivilengineering.SoIt’simportanttofindtheefficientandpracticaldamageidentificationmethodsofbeam.Thisresea