应用移动质量法的结构损伤小波识别方法

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1、总第238期交通科技SerialNo．2382010年第1期TransportationScience&TechnologyNO．1Feb．2OlO应用移动质量法的结构损伤小波识别方法王雪峰董魁余青松。殷亮。(1．中交路桥北方工程有限公司北京100024；2．武汉铁四院工程咨询公司武汉430063；3．江苏省交通规划设计院有限公司南京210005)摘要为提高结构损伤识别的精度，充分发挥小波识别在特征提取、信号奇异性检测、信号降噪等方面的独特优势，提出采用移动质量多次检测法的结构损伤小波识别方法。该方法采用移动质量块在不同位置对桥梁进行多次测量。利用各次测量的频率值的变

2、量来确定桥梁结构的其他模态参数，从而确定桥梁的局部单一和多处损伤情况。采用数值算例对该方法进行验证，结果显示，对简支梁的单一和多处损伤识别效果明显。、关键词损伤识别移动质量多次检测法小波变换固有频率通过对结构关键性能指标的测试和分析，判量(通过增加附加质量)后进行第二次测量，得到断结构是否受到损伤；如果结构受到损伤，则损伤移动质量块在第一个位置时梁的前阶模态频位置、损伤大小如何。通过对结构损伤的测试分率(cU～，)。再改变第二个子结构的质量(移析，为判断结构能否继续使用及其剩余寿命估计动附加质量)进行下一次测量，得到移动质量块提供决策依据。目前关于结构损伤识别的第一层

3、在第二个位置时梁的前阶模态频率～次的研究已经成熟，而关于损伤定位与损伤大小重复以上测量，经N次测量后就可得到移动方面的研究是核心，也是难点J。质量块在第l～N—1个位置时结构的前阶模借助小波分析方法在特征提取、信号奇异性态频率(i一1，2⋯，；J—l，2，⋯，N一1)以检测、信号降噪等方面的独特优势，实现工程结构及梁的前阶初始模态频率。根据损伤前后移动损伤识别，不仅具有重要的理论意义，而且具有巨质量块位置的不同，测得系统的固有频率也不同，大的工程应用价值]。在国内外大量文献资料的通过固有频率改变量曲线的突变来识别结构的损基础上，文中提出了改进的移动质量多次检测法，伤位

4、置[6]。并首次将小波分析与移动质量多次检测法结合，梁式结构主要承受竖向载荷，以弯曲为主要可准确地识别出均质等截面简支梁的单一或多处变形形式。当梁式结构中某一位置的质量发生改损伤。变时，其固有频率随之改变；梁中不同位置的质量改变；其固有频率的改变相应不同。将被测结构1基于小波降噪的移动质量多次检测法划分为N个子结构，将测试过程分几步骤，首先传统的损伤检测方法都是一种结构对应一种进行一次测量，然后人为地改变子结构质量(通过类型的损伤，针对该损伤结构选用不同的损伤动增加附加质量)后进行第二次测量，再改变另一个力指纹进行损伤检测，而移动质量法由北京工子结构的质量(移动附加质

5、量)进行的下一次测业大学李大军博士首次提出。该方法的原理为：量，这样，经多次测量后，就可取得大量的结构信将被测结构划分为N—1个子结构，将测试过程息，对这些信息进行处理就可对结构进行损伤识分N步骤，首先对结构进行第一次测量，得到别，或求出结构的刚度、柔度矩阵，对结构的状态梁中没有移动质量块时梁的前，阶模态频率进行评估j。(cU．。～山，。)。然后人为地改变第一个子结构质2数值试验算例收稿日期：2009—10—04某一跨度100cm的均质等截面简支梁，截面2010年第1期王雪峰等：应用移动质量法的结构损伤小波识别方法形式为2．0cm(宽)×4．0cm(高)。物理参数为：

6、表1简支梁损伤工况弹性模量E=206GPa，泊松比--0．3，密度P=7850kg／m。。将梁划分为500个单元，每个单元长度为0．2cm。移动质量块的质量为单个单元梁重。从梁1号到500号单元依次移动质量块根据对结构损伤位置识别步骤，首先测得结(通过改变单元的密度来模拟移动质量块)，利用ANSYS对该系统进行数值模拟计算得到前18构损伤前后前18阶固有频率，得到梁损伤前后质阶固有频率。梁的损伤工况如表1所列，其中，工量块移经N号单元引起的第i阶频率的相对改况1为简支梁单处损伤，工况2为多处损伤。单变量，绘制各阶固有频率相对改变量曲线，第元损伤按照弹性模量的折减进行模

7、拟。2、l8阶结果如图1所示。0．00010540．0001053O．00010520．0001O5l0．00010500．00010490．00010480．00010470．0001046a)第2阶固有频率相对该变量b)第18阶固有频率相对该变量图1工况1若干低阶和高阶固有频率相对改变量不难发现固有频率相对改变量曲线在130号若把工况1若干低阶和高阶固有频率相对改单元处都出现了不同大小程度的突变，且高阶突变量运用MATLAB离散小波分析工具箱进行小变比低阶突变明显，这是因为高阶固有频率对于波分解，此处选用coil5小波函数，进行8尺度分结构的局部