基于小波包分析的Benchmark结构损伤预警试验研究

在基于小波包能量谱的结构损伤预警方法基础上,开展了Benchmark结构损伤预警的试验研究.通过Benchmark试验模型模拟结构的多种损伤状态,并采集模型在结构损伤前后的动力响应,在此基础上计算了结构损伤预警的小波包能量谱及其损伤预警指标.试验结果表明:基于小波包能量谱的结构损伤预警指标具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生.     

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法试验研究

摘 要：通过钢梁损伤试验,验证基于小波包能量谱的结构损伤预警方法在实际结构上应用的有效性。对钢梁进行完好工况和三个损伤工况的动力响应测试,对得到的响应进行小波包分解,考察损伤前后各个特征频带的能量变化。试验结果显示,损伤预警指标ERV和ERVD能够对三种损伤工况做出有效预警;同一工况的多次测试得到的损伤预警指标ERVD虽有变化但变化不大。基于小波包能量谱的结构损伤预警指标对结构损伤具有敏感性、对测试噪声具有鲁棒性,可以用于实际结构损伤预警。     

大跨悬索桥结构损伤预警系统的设计与实现研究

在大跨悬索桥结构损伤预警方法研究的基础上,详细研究了润扬大桥悬索桥结构损伤预警系统的设计与实现方法。结构损伤预警系统采用基于“环境条件归一化”模态频率和小波包能量谱的损伤预警方法,并采用两阶段设计方法分别完成在线损伤预警分析和离线损伤预警分析。采用Client/Server和扩展Browser/Server两种系统模式相结合的形式将损伤预警系统与结构健康监测其他子系统相互结合,并采用LabVIEW软件编制了润扬大桥悬索桥结构损伤预警系统软件。该软件的主要功能包括在线模态频率识别和小波包能量谱识别模块：结构损伤预警参数与环境因素之间的相关性分析与统计建模模块;结构异常状态监测与预警分析模块。     

基于小波包能量曲率差的古木结构损伤识别

本文以西安钟楼为工程依托,对随机激励作用下古木结构的损伤进行有限元模拟,把古木结构梁上各节点的加速度响应信号进行小波包分解,通过小波包能量曲率差对古木结构进行损伤定位。在无噪声干扰时,该指标对于古木结构的损伤定位比较敏感,可准确判定古木结构的损伤位置,该指标随损伤程度的加大而增大。该指标在高斯白噪声干扰下,当信噪比SNR大于或等于40db时,能对古木结构的损伤进行准确定位,该指标具有一定的抗噪声干扰能力。随后得出了损伤指标和损伤程度之间的函数关系式,用其进行损伤程度的判断并验算其适用性,为研究环境激励下西安钟楼的损伤预警提供了理论依据。     

基于Bouc-Wen模型的非线性结构多尺度损伤分析研究

研究基于小波变换的非线性结构多尺度损伤特征提取方法。基于Bouc-Wen模型描述结构非线性损伤的时域演化特征,在此基础上分析结构动力响应的奇异性分析与时能密度分析对非线性结构损伤的时域识别能力。分析结果表明,结构动力响应的奇异性分析在非平稳激励输入和噪声影响下不能表征结构的时域损伤特征,而时能密度分析方法则具有良好的抗噪声干扰能力,可以有效地反映非线性结构系统刚度的时域变化过程。     

动载测试与小波分析在桥梁结构损伤诊断中的联合应用

将结构动载测试与小波分析相结合提出了适用于大跨桥梁结构的两阶段损伤诊断方法。采集桥梁结构在损伤前后各测点的动载测试数据并进行小波包分解得到小波包能量谱，在此基础上计算结构损伤预警指标和损伤定位指标，用以确定损伤的发生及其所在的区域。某三跨连续梁桥的数值模拟研究结果表明了本文所采用的损伤诊断方法的可行性与有效性。     

基于改进L-P小波的时变模态参数识别方法

研究了基于改进Littlewood-Paley(L-P)小波变换的结构时变模态参数识别方法.用改进的L-P小波对结构动力响应信号进行小波变换,由能量较大的频带所对应的尺度识别结构基本频率及其随时间的变化情况;由某时刻各自由度响应在各阶频率对应尺度上的小波系数的比值识别结构的各阶振型.针对剪切型框架结构,利用识别的频率变化判断结构是否发生损伤以及损伤发生的时间,通过识别损伤前后的一阶振型斜率变化判断损伤发生的位置.该方法不需要激励信息,且有较好的抗噪声能力.     

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。     

小波包分析和信息融合在结构损伤预警中的联合应用

为提高环境激励下结构损伤预警的准确性,将信息融合技术引入到基于小波包分析的结构损伤预警方法中。采用D-S证据理论对环境激励下识别的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,并进而计算结构的损伤预警指标。ASCE Benchmark结构损伤试验结果表明:1)环境激励下基于小波包分析和信息融合的结构损伤预警方法具有良好的损伤预警能力,可以准确地判定结构初期损伤的发生;2)D-S证据理论能够对环境激励下的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,获得准确性和鲁棒性更好的识别结果,较适合于工程结构的实时损伤预警。     

基于小波包分析的肋拱桥结构损伤状态研究

针对某服役四十余年的钢筋混凝土旧拱桥制作了有机玻璃缩尺模型,通过对拱肋截面发生不同程度损伤以及损伤修补后拱桥模型的动力试验研究,得到了各种损伤情况下结构的自振频率;利用小波包分析方法对不同损伤情况下拱桥结构的观测信号进行分析,通过对小波包分量能量的灵敏度分析,确定了结构异常状态的敏感特征。研究结果表明:小波包分量能量对拱桥结构拱肋的异常状态较为敏感,可以作为拱肋的损伤敏感特征对拱桥进行健康诊断。     

基于小波包分析的拉索损伤声发射信号特征提取

结合显式有限元和小波包分析技术开展了拉索损伤声发射信号特征提取的仿真分析。采用ANSYS/LS-DYNA模拟得到拉索损伤声发射信号的仿真信号,基于小波包能量谱对拉索声发射的有限元仿真信号进行了特征提取,从小波包分解层次、特征频带数量的选择及特征参数的噪声鲁棒性三个方面开展了讨论分析。结果表明:(1)通过选择适当的小波包分解层次,小波包能量谱可以精细地反映信号的特征;(2)选取少数特征频带就能使得小波包能量谱反映声发射信号的特征信息;(3)基于小波包能量谱的特征参数具有良好的损伤敏感性及噪声鲁棒性,能在强噪声影响下实现对拉索不同损伤类型的判别。     

基于小波包的数值积分误差分析及消除方法

在结构损伤识别的时域法研究中，数值积分的误差将直接影响反演参数结果的精度。积分初值的未知、消除数值积分引入的误差是结构损伤反演计算中信号处理的难题。针对积分初值、数值积分积累误差和数值积分引入的偏移误差进行了理论分析，得出此类误差均具有低频特性的性质，可作为信号低频噪声进行处理。根据数值计算误差的特点分析及小波包多尺度、高分辨的特性，设计了一种基于小波包的滤波器，较好地解决了消除数值积分计算引入误差的问题。通过四层剪切结构模型算例验证，结构刚度反演误差由73％-32．2％降低到0．6％-0．24％，获得了较理想的效果。该方法同样可以用于其它领域的数值处理。     

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。     

听觉小波包在舰船噪声分解与重构中的应用

舰船噪声的分解和重构对于舰船噪声特征提取与听音分析都具有重要作用。采用多分辨分析理论对噪声进行分解和重构只能对低频进行精细化处理,但对高频却难以达到理想效果。正交小波包分析可以在任何欲处理的频带内进行可允许的任意层次分解,但分解的小波包树的结构难以确定,没有明确的构造导引方法。将Bark频率群的理论引入小波包树结构的选择,提出构造听觉小波包树结构的方法,构建了基于db6小波的采样率为44.1 kHz的听觉小波包。采用该听觉小波包结构对四型舰船噪声信号进行分解、子带加权和重构,频谱分析和听音分析都表明重构噪声特征更加清晰。