基于动态模型缩聚和小波残余力的结构损伤识别方法研究

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小波变换理论作为一种新兴的数学方法和分析工具,不仅具备深刻的理论基础,而且在结构健康监测和损伤识别领域实现了重大的研究进展和实践应用。本文在小波变换理论的基础上,结合残余力向量、刚度矩阵分解和结构动态模型缩聚方法,研究了一种既可以在线识别出结构不同位置发生损伤的时刻,又能够同步识别出结构的损伤位置和损伤程度的方法。  本文首先研究了基于残余力向量的损伤识别方法。对结构动力平衡方程进行残差分析定义了残余力向量,通过残余力向量可以识别结构的损伤时刻和位置,结合矩阵分解技术,推导了计算损伤程度的相关公式。采用基于残余力向量的损伤识别方法对两跨连续梁数值模型多种工况的损伤进行了有效的识别。  然后,本文将残余力向量方法与小波变换理论相结合,研究了基于小波残余力的损伤识别方法。通过对结构加速度响应进行小波变换,定义了小波残余力,在分析不同尺度上小波残余力与结构损伤的关系的基础上,建立了损伤位置识别指标,并应用矩阵分解技术,从小波残余力中分解出损伤程度识别指标。通过连续梁数值算例的对比研究,验证了基于小波残余力的损伤识别方法的有效性和噪声鲁棒性。  最后,结合动态模型缩聚方法,研究了基于动态模型缩聚和小波残余力的结构损伤识别方法。通过动态模型缩聚方法计算出缩聚模型的小波残余力,再应用基于小波残余力方法来进行损伤识别。应用基于动态模型缩聚和小波残余力的结构损伤识别方法,有效的识别了框架数值模型在发生单处损伤、多处损伤、不含噪声和含有一定噪声的不同工况时的损伤位置和程度,试验结果很好的验证了本方法的有效性和噪声鲁棒性。  采用基于动态模型缩聚和小波残余力的结构损伤识别方法进行了钢质悬臂梁试验,试验取得的损伤位置和程度的识别结果验证了基于动态模型缩聚和小波残余力的结构损伤识别方法的有效性。
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