随机激励下结构损伤检测方法研究

论文题目: 随机激励下结构损伤检测方法研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 固体力学

作者: 于哲峰

导师: 杨智春

关键词: 结构健康监测,损伤检测,随机振动,随机激励,互相关函数幅值向量,突发性损伤,经验模分解,数据库,示范系统

文献来源: 西北工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 结构损伤检测技术是结构健康监测的基础。本文首先从基于模态参数识别与基于结构振动响应信号处理的检测方法、对比与非对比的检测方法两方面来划分当前的结构损伤检测技术，指出利用随机激励下结构振动响应的结构损伤检测技术是值得深入研究的课题，本文研究工作主要针对这个课题而展开。 论文在前人研究成果的基础上阐述了基于振动响应的结构损伤检测原理，其中包括结构损伤识别参数的敏感度问题、结构损伤的模拟方法、结构损伤检测中的数据处理方法和结构健康监测中的数据融合等问题。提出损伤特征参数的选取原则，即损伤特征参数与损伤程度之间应尽量满足单调相关的映射关系。阐述了用随机数据点拟合出平滑的数据序列的随机激励信号生成方法。 进行了随机振动结构突发性损伤检测的研究。平稳随机振动结构局部刚度突然降低时，其振动响应信号中会出现高频成分，检测出结构振动响应信号中的高频成分即可检测出突发性损伤。利用经验模分解(EMD)法、高通滤波法和信号微分方法进行了随机振动结构突发性损伤检测的实验验证研究，结果表明，EMD法和高通滤波法检测效果较好，而信号微分法则是最简单的检测方法。对于EMD技术，提出了使用固有模式函数(IMF)零值点距离作为准则的间歇性控制新方法；提出了以IMF上下包络线平均值的最大绝对值与IMF最大绝对值之比控制分解精度的新的准则。开发了用于EMD分解的数字信号处理软件系统——EMD-DSP，该软件除了可以完成与EMD分解技术相关的数字信号处理工作外，还可用于检测结构突发性损伤时的数据处理工作。 目前利用环境激励识别结构模态参数的方法一般都要求结构所受外激励为白噪声激励，所以使用基于模态参数识别的方法检测随机振动结构的损伤时都要受此限制，针对这一限制，本文提出了用于随机振动结构损伤检测的参数——互相关函数幅值向量(CorV)。 证明了在外激励频谱一定的情况下，CorV只与结构的频率响应函数有关。使用结构在短时间内的时域振动响应信号即可测得CorV，因此CorV适合用于环境随机激励下的结构损伤检测，也适用于利用人工随机激励下的结构损伤检测。用一个简支梁结构，通过仿真和实验的方法介绍了基于CorV的结构损伤位置识别方法。 通过对美国土木工程师学会的标准模型的损伤检测，检验了基于CorV的结构损伤检测方法的有效性。并将基于CorV的结构损伤检测方法应用于航空器壁板结构紧固件松脱损伤的检测和液压管道卡箍支座损伤的检测。通过这些应用实例的仿真和实验研究，不仅证明了

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 结构健康监测技术概述

1.2 结构损伤检测技术的分类

1.2.1 基于模态参数识别的结构损伤检测

1.2.2 基于响应信号处理的损伤检测方法

1.2.2.1 基于信号时域信息的损伤检测方法

1.2.2.2 基于信号非时域信息的损伤检测方法

1.2.3 非对比型的结构损伤检测方法

1.3 结构损伤检测中的信息传感与处理技术

1.4 结构损伤技术的发展方向

1.5 本文选题思路和主要研究内容

参考文献

第二章 基于振动响应的结构损伤检测基本理论

2.1 基于振动响应的结构损伤检测原理

2.1.1 基本原理

2.1.2 损伤特征参数提取中的信息构造原理

2.2 损伤特征参数的选取原则

2.3 结构的损伤特征参数敏感度

2.3.1 函数敏感度的定义

2.3.2 模态参数的损伤敏感度

2.3.3 传递函数的损伤敏感度

2.3.4 敏感度的若干规律

2.4 结构损伤的模拟方法

2.5 损伤检测中的常用数据处理方法

2.5.1 微分处理

2.5.2 损伤识别结果的数据处理

2.6 结构健康监测中的信息融合与综合损伤分析

2.7 实验和仿真研究中的随机激励信号生成方法

2.8 本章小结

参考文献

第三章 利用随机振动响应的结构突发性损伤检测

3.1 Hilbert-Huang变换及其间歇性控制算法的改进

3.1.1 基本理论

3.1.2 EMD分解的边界效应处理

3.1.3 EMD分解的间歇性控制及其算法的改进

3.2 基于Hilbert-Huang变换的数字信号处理软件—EMD-DSP

3.3 利用Hilbert-Huang变换方法检测结构突发性损伤

3.3.1 基本原理

3.3.2 实验结构模型

3.3.3 实验研究

3.4 高通滤波和信号微分处理方法

3.4.1 高通滤波法

3.4.2 信号微分法

3.5 本章小结

参考文献

第四章 基于互相关函数幅值向量的结构损伤检测基本原理

4.1 互相关函数幅值向量的基本原理

4.1.1 互相关函数幅值向量

4.1.2 互相关函数幅值向量变化的识别判据

4.1.3 互相关函数幅值向量的归一化

4.2 互相关函数幅值向量的基本性质

4.2.1 算例说明

4.2.2 结构损伤程度和测量噪声对互相关函数幅值向量的影响

4.2.3 激励频谱变化对互相关函数幅值向量的影响

4.2.4 测量时间变化对互相关函数幅值向量的影响

4.2.5 关于建立互相关函数幅值向量若干问题的讨论

4.3 基于互相关函数幅值向量的简支梁损伤位置的识别

4.4 基于互相关函数幅值向量的简支梁损伤检测实验研究

4.4.1 实验模型及实验装置

4.4.2 互相关函数幅值向量随损伤程度的变化

4.4.3 损伤位置的确定

4.4.4 互相关函数幅值向量测试的注意事项

4.5 基于互相关函数幅值向量的几种结构损伤检测方法

4.5.1 悬臂梁的损伤检测

4.5.2 四边固支板的损伤位置确定

4.6 本章小结

参考文献

第五章 基于互相关函数幅值向量的结构损伤检测方法应用

5.1 标准模型的损伤检测

5.1.1 损伤检测标准模型

5.1.2 标准结构的互相关函数幅值向量的建立

5.1.3 损伤模拟和检测

5.1.4 互相关函数幅值向量信息的综合应用

5.2 楼房剪切模型的损伤检测实验

5.3 航空结构壁板紧固件松脱损伤的检测

5.3.1 壁板结构模型

5.3.2 损伤位置的检测方法研究

5.3.3 损伤检测实验及分析

5.3.4 采用稀疏传感器布局进行损伤检测的分析

5.4 液压管道卡箍支撑损伤的检测

5.4.1 液压管道的有限元建模

5.4.2 液压管道模型

5.4.3 互相关函数幅值向量的建立和损伤检测

5.5 本章小结

参考文献

第六章 结构健康监测系统的数据库设计和示范系统研制

6.1 结构健康监测系统的构成

6.2 数据库基本原理

6.2.1 关系数据库

6.2.2 关系数据库设计

6.2.3 SQL语言

6.3 基于互相关函数幅值向量的结构健康监测数据库设计

6.4 基于互相关函数幅值向量的结构健康监测示范系统

6.5 多层分布式结构健康监测数据库系统

6.6 本章小结

参考文献

第七章 全文总结与研究展望

7.1 全文工作总结

7.2 研究展望

致谢

攻读博士学位期间发表的科研论文

攻读博士学位期间参与的主要科研工作

攻读博士学位期间所获奖励

发布时间: 2007-03-29

参考文献

• [1].工程结构损伤检测的动测法与光纤滑动传感技术研究[D]. 唐天国.四川大学2005
• [2].用于结构损伤检测的OPFC超声相控线阵驱动理论及技术研究[D]. 王自平.江苏大学2013
• [3].基于重构相空间的结构损伤检测方法及可视化研究[D]. 聂振华.暨南大学2012

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• [3].桥梁结构损伤识别方法的相关问题研究[D]. 袁颖.大连理工大学2006
• [4].基于振动的桥梁结构损伤识别方法研究[D]. 谢峻.华南理工大学2003
• [5].基于频率变化与单元矩阵摄动理论的结构损伤识别方法研究[D]. 杜思义.重庆大学2005
• [6].环境激励下基于GPS的结构健康监测[D]. 伊廷华.大连理工大学2006
• [7].基于数据融合的结构损伤识别[D]. 焦莉.大连理工大学2006

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