基于小波和振动模态分析的正放四角锥网架结构损伤检测研究

论文摘要

近些年来,我国在经济迅速发展的推动下,建筑技术不断提高,建成了一大批规模宏大、形式新颖的大跨度空间结构(如体育馆、航站楼、展览中心等)。由于大跨度空间结构往往人群聚集,而且有些场所配置重要设施,因此结构一旦出现损伤、发生破坏将造成重大的人员伤亡事故。大跨空间结构(如网架结构、网壳结构等)在设计使用年限内,除长期受自重等恒荷载的作用外,还承受环境侵蚀、爆炸、地震和冲击等作用,造成结构构件的疲劳积累、抗力衰减和材料老化等问题,使结构的实际刚度退化,当损伤积累到一定程度就有可能造成结构整体破坏,历史上曾经发生过许多大跨空间结构倒塌的事故。因此,为防止结构倒塌事故的发生,避免发生重大的安全事故和经济损伤,对大跨空间结构进行定期的检测十分必要。鉴于以上原因,本文主要作了以下研究工作:1)利用有限元软件ANSYS对钢悬臂梁结构进行损伤分析。首先采用瞬态激励法提取有用信息,构造损伤参数(单元应变模态差和单元模态应变能变化率),然后选取小波函数,对损伤参数进行小波变换,最后进行结构损伤位置判定。为了验证数值模拟的有效性,本文利用实验室仪器设备,对钢悬臂梁实物进行了动力模态测试,将实际实验数据与数值模拟结果进行对比,进而说明数值模拟的有效性。2)由于在实际检测中采集的信号往往夹杂噪声信号,为了获得更好的损伤检测信号,本文采用小波阈值和MATLAB软件相结合的方法进行信号消噪的模拟研究,将消噪方法应用到实验采集信号中,还原原始信号,进行结构损伤识别。3)利用有限元软件ANSYS对正放四角锥网架结构进行损伤模拟分析。首先选取最优激励位置,应用单点瞬态激励进行完好结构和损伤结构的数值模拟,然后采集模拟信号,以单元模态应变能变化率作为损伤参数,最后对损伤参数进行小波变换,进而进行结构损伤位置判定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 结构损伤检测的研究背景及实际意义
• 1.2 结构无损检测的研究现状
• 1.2.1 局部法无损检测技术
• 1.2.2 整体法无损检测技术
• 1.3 小波理论的国内外研究现状
• 1.3.1 小波奇异性损伤检测
• 1.3.2 小波消噪
• 1.4 本文研究主要内容
• 第2章 基于小波变换的结构振动模态损伤识别
• 2.1 小波奇异性在结构无损检测中的应用原理
• 2.1.1 信号的奇异性检测原理
• 2.1.2 信号奇异点性质的表征
• 2.2 结构振动模态简介
• 2.2.1 结构振动模态分析原理
• 2.2.2 结构振动模态分析目的
• 2.2.3 激励技术
• 2.3 结构损伤识别参数
• 2.3.1 基于应变模态差的结构损伤识别
• 2.3.2 基于模态应变能变化率损伤识别
• 2.4 基于振动的钢悬臂梁结构损伤识别
• 2.4.1 数值模拟和实验模型的设计
• 2.4.2 钢悬臂梁结构振动损伤识别数值模拟
• 2.4.3 结构振动损伤识别实验分析
• 2.4.4 数值模拟和实验动力测试损伤识别对比
• 2.5 本章小结
• 第3章 小波变换消噪在结构检测中的应用研究
• 3.1 噪声来源及其分类
• 3.2 小波阈值消噪
• 3.2.1 小波消噪的原理
• 3.2.2 小波消噪的阈值选择
• 3.3 小波阈值消噪在模拟非平稳信号处理研究
• 3.3.1 小波基函数的选择
• 3.3.2 三种阈值处理方法的对比
• 3.3.3 四种阈值选取的小波消噪的对比
• 3.4 实验信号研究
• 3.4.1 小波阈值消噪应用于现实采集信号研究
• 3.4.2 小波阈值消噪应用于现实损伤检测研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于振动模态分析的正放四角锥网架数值模拟
• 4.1 网架结构
• 4.1.1 网架结构的特点
• 4.1.2 网架结构常用组成形式
• 4.2 基于结构动力特性的损伤检测研究
• 4.3 单点瞬态激励最优位置的选取方法
• 4.3.1 单点激励基础知识
• 4.3.2 单点激励时最优激励点选择的依据
• 4.3.3 最优激励点的选择方法
• 4.4 杆单元模态应变能的损伤识别理论
• 4.4.1 模态应变能理论
• 4.4.2 网架结构模态应变能
• 4.5 正放四角锥网架结构损伤识别数值模拟分析
• 4.5.1 网架结构建模及单点瞬态激励
• 4.5.2 基于单元模态应变能变化率的小波分析损伤检测
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢