基于二维小波分析的板损伤识别方法研究

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弹性板是土木工程中一类常见的工程结构。弹性板在施工和使用过程中,可能会出现各种损伤,当损伤达到一定程度后就会影响到结构的安全性,严重时可能引发灾难性的事故,不仅会危及到人民的生命安全,而且给社会财富带来巨大的损失。如何有效识别弹性板内的损伤已成为一项重要的研究课题。小波分析是近十几年来国际上的一个前沿领域,它被认为是傅立叶分析的突破性发展,是一种新的时-频两维分析方法。小波分析方法具有空间局部化性质,即信号在某点处的小波变换在小尺度下完全由该点附近的局部信息所确定,它在信号奇异性检测方面有着独特的优势。因此,采用二维小波分析方法研究板的结构损伤识别问题,不仅具有重要的理论意义,而且具有一定的工程应用价值。本文阐述了小波分析理论,分析了板的动力特性,研究了板类结构局部损伤时对结构动力特性的影响。然后较系统的研究了基于振型和转角模态二维小波变换的板损伤识别方法,分别以含有损伤的四边简支板、四边固支板和两端固支加强板为研究对象,用Lanczos方法对板的模态进行分析,计算出其振型和转角模态,将其形成的损伤信息特征量进行二维小波变换,根据小波奇异性检测理论,建立了含损伤块的板结构的损伤识别原理,探讨了含损伤的板结构模态参数损伤识别方法。本文建立了基于振型二维小波变换识别板内损伤的方法。这种方法以db小波为母小波,通过对含有损伤的板的振型做二维小波变换,在多尺度分析中由小波系数模极大值位置识别出板内损伤的位置,并且根据模极大值的大小识别出其相对损伤程度。通过对含有损伤块和损伤带的四边简支板、四边固支板和两端固支的加强板进行计算分析,验证了该方法的有效性。在进行板的损伤识别过程中应用了信号延拓理论,将含有损伤信息的板的模态参数进行信号延拓,然后对其进行二维小波变换,有效地去除了边界对板损伤检测的影响。本文首次提出了基于转角模态二维小波变换识别板的损伤方法。这种方法以Mexh为母小波,通过对含有损伤板的转角模态进行二维小波变换,由小波系数模极大值位置识别出板的损伤位置。通过对含有损伤块和损伤带的四边简支板、四边固支板和两端固支的加强板进行计算分析,验证了该方法的有效性。同基于板的振型二维小波分析方法对比发现,该方法在识别板内损伤时的小波系数值更平滑,奇异性效果更明显,更能准确反应出损伤的位置和损伤程度。与有限单元法相结合,该方法对板结构损伤识别的工程应用具有参考价值。
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