基于同步挤压小波变换的时变结构损伤识别方法研究

提出一种基于同步挤压小波变换的时变结构损伤识别方法。采用小波总能量指标识别时变结构的损伤位置,然后对损伤位置处的响应信号进行同步挤压小波变换,识别其瞬时频率并重构本征函数分量信号。在此基础上,求解响应信号的模态振型参与系数比值并联合瞬时频率共同构建了一个新的时变损伤指标(TVDI)。采用一个刚度突变和线性变化的简支梁数值算例对提出的小波总能量和TVDI损伤指标进行了验证,结果表明,提出的指标能够准确地识别结构的损伤位置和时变损伤。     

运用分量信号小波能量法识别时变结构损伤

在采用解析模态分解定理提取分量信号的基础上,对一阶分量信号进行复Morlet小波变换,并定义损伤前后一阶小波能量比值指标来识别时变结构的损伤位置,然后从损伤位置处的响应信号出发,引入滑动时间窗思想,提出归一化一阶小波能量变化指标,来预测结构损伤的演化过程。采用一个刚度突变和线性变化的三层剪切型建筑结构数值算例对提出的损伤指标进行验证,结果表明:该指标能够有效识别结构的损伤位置和时变损伤。     

基于频率响应的不同结构损伤识别方法研究

为了解决结构损伤中的刚度和质量识别问题,将测量的响应位移应用于结构的损伤识别中,并提出了多频率激励损伤识别方法和改进的单频率激励损伤识别方法。对于多频率激励情况,首先分析了结构损伤的基本理论,然后推导了其刚度损伤指标和质量损伤指标的识别公式;对于单频率激励情况,则首先根据结构的刚度特性和质量特性确定结构损伤的简化定位方法,在此基础上提出了其相应的迭代改进策略,以提高识别的精度。数值仿真结果表明:对于刚度影响占主导地位的桁架结构,多频率激励法对于刚度损伤的识别效果较好,对于质量损伤的识别效果较差;而采用改进的单频率激励识别策略,则可以更好的识别出刚度和质量的损伤,其识别结果优于多频率识别法和简化单频率识别法。     

基于VMD和Chirplet变换的结构损伤识别研究EI北大核心CSCD

为识别结构损伤位置及对损伤程度进行量化,提出了一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和Chirplet变换的结构损伤识别方法。采用VMD对结构振动响应信号进行分解得到模态分量,并利用Chirplet变换对模态分量进行时频分析,构建模态分量Chirplet变换能量指标识别损伤位置,利用Chirplet时频熵量化结构损伤程度。采用一个刚度变化的简支梁数值算例对所提方法进行验证,结果表明,无论单点损伤或多点损伤,所提方法均能准确识别结构的损伤位置并量化损伤程度。     

梁裂缝损伤检测的模态应变能法及试验研究

结构裂缝存在将使其局部刚度减少,而局部刚度下降与其固有频率变化紧密相关。应变能对局部损伤较固有频率更为敏感。把结构遭受裂缝损伤的应变能变化量作为损伤指标,提出一种全新的无损裂缝识别方法。并把影响损伤指标因素与假设检验相结合,利用参数假设检验进行识别结果验证。用简支梁模型进行模态试验,将梁损伤前、后的模态参数提取,并用该方法进行裂缝位置及裂缝深度参数的识别。结果表明,该损伤检测方法识别结果精度较高,将其用于裂缝损伤检测是可行的。     

有限观测下的结构损伤实时在线诊断

根据有限观测的结构动力响应,实时对结构发生损伤的时间、位置与损伤程度进行诊断,是目前土木工程健康监测的一个重要的任务。提出一种在对结构加速度部分观测的情况下,对结构刚度发生突变的结构损伤形式进行实时的追踪和诊断的算法。该算法的主要思想是首先基于扩展卡尔曼滤波识别结构刚度参数,然后通过观测加速度和计算预测的加速度误差平方和,对结构刚度发生突变时刻进行判断,再通过优化突变时的结构的刚度参数变化,对损伤位置与损伤程度进行识别。数值模拟和实验的结果都表明了,该方法能够有效地追踪时变参数,并实时诊断出损伤发生的时间、位置和程度。     

基于结构响应统计特征的神经网络损伤识别方法

提出一种采用结构动态响应的统计特征作为损伤指标的神经网络损伤识别方法,并对其进行了数值模拟和实验验证。首先,通过敏感性分析,分析了采用结构动力响应的统计特征作为损伤指标的可行性;然后数值模拟了一三跨连续梁采用结构位移方差作为损伤指标的神经网络损伤识别过程,其结果表明,经过训练的神经网络可以准确的识别出单损伤和多损伤工况中的损伤位置和损伤程度;最后进行一组两端固定的简支梁模型实验来验证所提出损伤识别方法的有效性。实验结果表明,对于单损伤工况,神经网络可以准确地识别出结构中损伤位置和损伤程度,对于双损伤工况,神经网络可以准确地识别出损伤位置,而损伤程度识别略有偏差。最后得出结论,采用结构动力响应的统计特征作为损伤指标的神经网络损伤识别方法是可靠有效的。     

采用改进单元刚度折减系数法识别结构损伤

提出了结构损伤识别的两阶段方案,在利用改进的损伤变量进行损伤定位的基础上,采用前几阶振型扩充得到完备模态空间,结合改进的单元刚度折减系数方法进行损伤定量.分别选取了简支梁和连续梁仿真算例进行验证.结果表明在仅采用较少低阶模态的情况下,识别效果比原损伤变量和单元刚度折减系数法明显更优,能在一定噪信比下进行较准确的损伤定位和定量分析.     

基于动力检测的损伤指标评价方法

摘 要：在基于振动测试的损伤识别方法中,如何选择合适的损伤指标是一个值得研究的问题,但目前损伤指标繁多,而且缺乏一个对损伤指标进行系统评价的方法。本文提出了采用损伤指标对刚度变化的灵敏度,对噪声的适应性,通过不完备信息进行正确识别的能力和对损伤位置精确指示的能力即局部性四个指标对损伤指标进行评价的方法,并给出了这四个指标量化公式,较全面地反应了损伤检测和监测在应用中遇到的各种问题,指导了损伤识别指标的选择。通过对简支梁的数值模拟研究显示这种损伤指标评价方法作为一种先验方法得出的结论与对每种损伤指标进行损伤识别得到的结论一致,说明这种评价方法的可靠性。本文提出的损伤指标的评价方法,考虑了实际中的各种主要因素,通过对损伤指标的四个特性的定量刻画使评价变得十分直观有效,对实际工程结构健康监测系统中损伤识别方法的选择具有重要的指导意义。     

基于改进直接刚度法的损伤评估试验研究

应用改进的直接刚度法对简支梁试验和12层框架振动台模型试验的损伤情况进行了实测数据的初步评估。通过将识别结果与试验报告中不同工况下的损伤描述进行对比,发现文中建议的改进直接刚度法对弯曲类结构的累积损伤进行初步评估是可行和有效的。     

结构损伤识别的小波包分析试验研究

在结构服役期内，由于局部损伤的累积发展将导致结构刚度等特性的降低，可能导致灾难性的事故。传统的基于模态参数的损伤识别方法有时效果并不理想。提出基于小波包变换的能量变化率指标，并用其进行损伤识别的方法。首先将所得的结构响应信号进行小波包分解，然后通过小波包能量变化率指标进行损伤定他。通过三种不同损伤工况的梁体室内试验，证明所提出的损伤指标可以准确地识别损伤位置。     

基于小波包变换和时变频率的结构地震损伤评估

基于频率变化的结构地震损伤评估方法具有机理明确和精度较高等特点,但传统信号分析方法在时频分辨率上不能同时满足精度要求,导致时变频率不能直接从响应信号中精确获取,影响频率法损伤评估的应用。依据时频边缘条件提出时频谱分析精度评价标准,通过对比不同的信号分析方法,确认具有特定基函数的小波包变换是获取精确时变功率谱的有效工具。提出基于小波包脊的时变频率提取方法,在此基础上依据结构频率的变化可计算结构时变损伤指标,并最终实现结构多维地震损伤评估。算例表明基于小波包变换和时变频率的结构地震损伤评估方法可以较准确地反映结构的整体损伤演变过程和最终损伤程度。应用该方法时仅需要结构的位移时程,在结构动力分析、抗震验算以及实际结构的震害评估中均具有良好的适用性。     

基于频率响应和统计理论的结构损伤识别研究

为了解决测量噪声下的损伤定位和定量识别问题,提出了基于测量位移的两阶段识别方法和基于统计理论的损伤敏感度分析方法。首先利用损伤刚度的改变特性和测量位移来确定损伤指标,再通过损伤指标的相关自由度变化来确定损伤单元,然后利用自由度缩聚的方法推导出损伤程度的定量计算公式。并利用统计理论来分析噪声对识别结果的影响,推导出损伤指标和损伤程度的噪声敏感性计算公式。数值仿真结果表明,基于测量位移的两阶段损伤识别方法不仅可以精确的识别出损伤位置和程度,而且识别效果受测量噪声的影响较小,该方法明显优于直接广义逆法。     

基于EMD和VARMA模型的结构损伤识别

提出了基于EMD和VARMA模型的结构损伤识别方法。该方法首先将结构反应信号用EMD方法分解成一系列固有模态函数,然后将固有模态函数表示为时变VARMA模型并用Kalman滤波方法估计时变VARMA参数,最后根据时变VARMA参数定义一个新的损伤指标用于结构损伤识别。为检验该指标的实际性能,算例中选用ImperialCounty Services Building和Van Nuys Hotel作为基准结构。通过其实测地震反应记录的分析表明:该指标在实际的量测环境和噪声条件下具有较好的敏感性和抗噪能力,可有效地识别结构多处损伤的发生过程和严重程度;由于该指标定义在反应信号特征提取的基础上,无需其他额外的信息,它可同时用于结构整体和局部两个层次损伤的识别;同时,该指标还适于实时(在线)的结构损伤识别或健康监测,因其直接由时变VARMA参数推导得出。最后,对后续研究工作进行了展望。     

输入未知条件下基于自适应广义卡尔曼滤波的结构损伤识别

发展一种输入未知条件下的自适应广义卡尔曼滤波(Adaptive Extended Kalman Filter with Unknown Inputs,AEKF-UI)方法,在线复合反演系统参数与未知输入,结合基于改进粒子群优化算法的自适应技术实现系统时变参数追踪,进而识别结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。建立基础隔震结构实验模型及理论模型,其中隔震层的非线性动力学特性通过Bouc-Wen模型描述。对基础隔震结构进行振动实验研究,采用刚度元件装置模拟时间、位置和程度不同的结构损伤,基于测得的加速度响应和AEKF-UI方法进行实时系统参数与未知输入的同步反演。研究结果表明:在两种典型地震波激励下,AEKF-UI方法得到的识别值与参考值相一致,验证了该方法在系统辨识中的有效性和准确性。     

飞机加筋壁板紧固件松脱损伤检测的自相关分析方法

提出了一种基于自相关函数的损伤检测方法。首先证明归一化后的结构各测点加速度响应自相关函数零点值仅与结构的模态参数有关,然后利用其构造损伤指标用于结构损伤的定位。飞机加筋壁板紧固件松脱损伤的损伤检测实验表明,该方法只需要利用结构在一定带宽白噪声激励下的加速度响应就能准确定位加筋壁板紧固件的松脱损伤,适用于紧固件松脱损伤的实时检测。     

一种隔离损伤的桁架结构性态识别方法

结构损伤的准确识别是结构健康监测的重要内容,由于识别的模型需要实时修正,使得结构整体刚度矩阵的更新和分解往往占用大量时间。该文基于隔离非线性理论,提出了一种隔离损伤的桁架结构性态识别方法。该方法将截面的应变分解成弹性应变和损伤应变,从截面刚度退化角度定义材料损伤,将表征损伤的刚度矩阵从整体矩阵中隔离出来,实现模型中损伤隔离,在迭代计算时避免了结构整体刚度矩阵的实时更新和分解,只需对规模较小表征损伤的刚度矩阵进行更新和分解,提高了损伤识别的求解效率。最后,以某实际钢桁架桥为例,对其主桁弦杆的损伤识别进行了数值模拟研究,设计了两种静力荷载工况对该方法进行验证。结果表明:当桁架结构发生局部损伤时,该方法可以准确高效地识别出发生损伤的位置和程度。