小波变换在结构损伤检测中的应用

小波变换具有良好的时频局部化性质,特别适合于分析和处理突变信号。在获得结构的动力学响应的基础上,应用小波变换对结构响应信号进行小波分解。根据各种响应信号对损伤的灵敏度,选择损伤特征,通过捕捉结构出现损伤的时刻,实现对结构时间监控。     

基于模态应变能和小波分析方法的网壳结构损伤识别研究

工程结构损伤的识别与定位研究以往主要针对梁、框架等结构形式.损伤表现为信号局部特征的改变,而小波分析在时域和频域上都具有表征信号局部特征的能力.为提高结构损伤识别方法的准确性和适用性,将小波分析引入到网壳结构损伤识别中.根据小波奇异性检测理论,提出将模态应变能和小波变换相结合的方法对网壳结构进行定位,即以结构损伤前后单元模态应变能差作为结构损伤指标,对其分别进行bior6.8连续和离散小波变换,利用小波系数极大值点判断网壳结构有无损伤和损伤位置.以跨度40m的Kiewitt网壳结构为例进行数值模拟,结果表明:基于模态应变能和小波变换相结合的方法,在测得一阶模态下,不但对单一损伤而且对多损伤均能有效地识别出结构的损伤位置,证明该方法对此类结构损伤定位具有有效性和实用性.     

基于小波变换的弹性地基梁的损伤识别

把曲率模态识别结构损伤的方法和小波变换识别损伤的方法相结合,提出了一种基于小波分析的识别结构损伤的方法。利用bior1.1小波函数对结构的曲率模态进行小波变换,识别出结构的损伤。最后通过数值模拟一损伤的弹性地基梁,验证了该方法的有效性,该方法对工程结构损伤识别具有参考价值。     

考虑移动荷载随机性的裂纹梁动响应分析与裂纹定位

对简支裂纹梁在移动随机荷载作用下的位移响应及裂纹定位问题进行研究。发展了含横向开口裂纹的Euler-Bernoulli梁在单个匀速移动随机荷载作用下位移响应理论解,研究了移动荷载噪声标准差恒定情形下裂纹梁的随机动力响应问题,并采用Monte Carlo数值模拟法对提出的移动随机荷载作用下裂纹梁位移响应理论解的正确性进行验证。此外,提出了一种基于时–空转换的梁结构损伤统计定位方法,利用移动荷载的匀速性,将有限测点传感器采集的时域随机响应信号分别转换为梁结构的空间域随机响应,利用Daubechies离散小波变换揭示裂纹引起的空间域响应曲线突变可识别性与随机荷载噪声程度之间的关系,并通过一系列不同速度随机移动荷载下裂纹梁的空间域响应及其均值的离散小波变换分析,实现随机荷载噪声情况下的裂纹定位。     

基于振型差与小波变换的结构损伤识别方法

对基于小波变换的结构损伤识别方法进行了研究,推导了小波变换理论,提出了基于一阶振型差与小波变换相结合的损伤识别方法。以结构损伤前后的一阶振型差作为原始信号,进行小波变换,通过小波变换系数的峰值来判断损伤位置。通过简支梁算例设定3种工况验证了这一方法的有效性,结果表明:采用该方法能够准确的识别出文中梁结构发生损伤的位置,新方法较仅采用损伤后结构的振型作为原始信号更加有效。     

基于小波变换的结构损伤识别与试验分析

钢筋混凝土结构在中等以上地震作用下将产生损伤,结构动力特性随之变化。通过对结构微幅振动信号的Fourier分析,可以判断结构是否产生损伤,但是不能确定损伤位置。本文将结构振动信号置于不同频段进行时-频分析,利用小波变换的多分辨率特点对结构损伤进行在线检测,确定损伤位置。通过钢筋混凝土框架的振动台试验,将模型地震反应信号按不同频段分解,提取各频段的损伤信号特征。对于试件模型而言,如果某处出现开裂,即产生损伤,表现在响应信号上为一瞬态分量,通过信号小波变换的尺度函数可以判断结构某层是否损伤。该方法克服了Fourier变换不能反映结构振动信号局部特性的缺点,试验表明本文所采用的方法是可行的。     

基于小波分析的简支梁损伤识别数值分析

基于有限元建立简支梁模型,对存在损伤的简支梁振型曲线进行连续小波变换,变换后的小波系数出现模极大值,从而判定损伤的存在并锁定损伤位置。研究表明小波分析结果与损伤位置及振型阶数关系密切,分析宜选用使损伤位置处振幅较大的振型阶次。基于小波分析的简支梁损伤识别结果与实际损伤位置基本一致,该方法在梁结构损伤诊断中具有较高的应用价值。     

基于结构挠度和小波变换的梁式结构损伤识别

基于小波函数对损伤前后的结构挠度曲线进行多层分解,提出了一种梁式结构的损伤识别方法。该方法可以通过小波变换系数的变化和分布情况来识别结构是否损伤并确定出损伤的具体位置,数值模拟悬臂梁桥的结果显示该方法对于梁式结构的单一损伤和多损伤情况具有一定的适用性。     

基于模态曲率与小波变换的网壳结构损伤识别研究

结合模态曲率与小波变换的方法对网壳结构的损伤识别进行研究。以一网壳结构的缩尺模型为例进行数值分析,假设结构35号杆件的截面出现刚度折减的轻微损伤,以模型损伤前后的模态曲率作为损伤指标进行连续小波变换,从而判断结构的损伤位置。数值分析的结果表明,利用模态曲率的小波变换系数差可以粗略定位损伤,而利用曲率模态差值的小波变换系数可以较为准确地定位损伤,且分析及数据处理过程更为简便可靠,可见基于模态曲率与小波变换的损伤识别方法对于网壳结构的损伤定位是非常有效的。     

基于时频分析的钢筋混凝土梁损伤识别方法研究

利用短时傅里叶变换方法对损伤前、后的钢筋混凝土试验梁振动响应数据进行处理及分析。对实验数据处理的结果表明,短时傅里叶变换方法能够有效地识别不同荷载状态下的钢筋混凝土梁响应数据时频谱中的能量变化,验证了该方法在结构损伤识别中的有效性。     

Wavelet packet based damage detection in beam-like structures without baseline modal parameters

In this paper, a new approach for damage detection in beam-like structures is presented. The method can be used without the need for baseline modal parameters of the undamaged structure. Another advantage of the proposed method is that it can be implemented using a small number of sensors. In the proposed technique, the measured dynamic signals are decomposed into the wavelet packet decomposition (WPD) components, the power spectrum density (PSD) of each component is estimated and then a damage localisation indicator is computed to indicate the structural damage. The proposed method is firstly illustrated with a simulated beam and the identified damage is satisfactory with assumed damage. Then, the method is applied to a steel beam. The effect of damage location and the effects of wavelet type and the decomposition level are examined. The results show that the proposed method has great potential in crack detection of beam-like structures.     

二次受力下自密实混凝土加固框架节点抗震性能试验研究

通过对3个自密实混凝土加固框架中节点和1个未加固的对比框架节点进行二次受力下自密实混凝土框架节点的拟静力试验,研究不同初始受力对自密实混凝土加固节点抗震性能的影响。柱轴压比为0.3,梁端初始力为0、0.25、0.50倍的被加固试件预估梁端开裂荷载。通过对试件破坏过程、新老钢筋应变、荷载位移滞回曲线等试验结果的分析得出：采用自密实混凝土增大截面法加固框架节点,新老混凝土的协同工作性能良好;考虑初始受力的影响,加固节点的极限荷载、极限位移、梁端位移延性系数等都会降低,且降低的程度随梁端初始荷载的增大而增大,在加固设计中应予以考虑。     

基于有限位移的中小跨径梁式桥抗震概念设计

以中小跨径梁式桥的抗震设计方法为研究对象,对汶川地区的中小跨径梁式桥进行了系统、全面的震害调查,总结了梁式桥的震害形式,采用统计分析的方法分析了各类构件的损伤情况,探明了汶川地震中梁式桥具有主梁移位多、支座、挡块震害多、桥墩震害少、主梁落梁少的显著特点;通过振动台试验和数值模拟方法,对梁式桥梁震害的机理进行了研究。结果表明,主梁与板式橡胶支座间的相对滑动起到隔震作用,减小了桥墩的地震内力响应,明显减少了桥墩震害,桥面连续协调了主梁位移,桥台约束了主梁的纵向位移是汶川地震中落梁少的主要原因。根据中小跨径梁式桥震害分析和机理研究,提出了利用主梁与支座间产生有限相对滑动、减小上部结构加速度响应,减少桥墩损伤的抗震设计概念。     

基于曲率模态小波分析的单塔斜拉桥损伤识别

基于曲率模态小波分析原理及有限元法分析了含有损伤单元的单塔斜拉桥的振动特性;以Mexh小波为母小波,通过对损伤斜拉桥的曲率模态做连续小波变换,由小波系数模极大值位置识别斜拉桥损伤的位置,建立了一种基于曲率模态小波分析识别斜拉桥损伤的方法;采用该方法对单塔斜拉桥的损伤识别进行了计算分析。结果表明:该方法具有有效性,对于各类型桥的损伤诊断具有指导意义。     

小波分析在结构损伤检测中的应用

通过一根实测简支梁的振动信号,利用小波包分解技术进行损伤识别研究,识别得到不同频带上的能量比分布,分析了8种损伤工况下的频带上的能量比分布变化,得出了一些初步的结果。     

空心板梁铰缝的非接触式检测方法研究

针对空心板梁铰缝检测,通过先进的非接触式多点位移检测系统,采用铰缝相对位移与空心板挠度的比值作为评价指标,测试分析了在不中断交通的情况下某实桥空心板梁铰缝相邻处的各点挠度,并对铰缝作出损伤评估。研究表明,非接触式法评定空心板梁铰缝损伤度具有方便性和快捷性,测试结果可行,有一定的工程实际应用价值。     

Crack Detection and Quantification in Beams Using Wavelets

Abstract:  A new method has been proposed to detect the location and also to quantify the crack using the deflection response of the damaged beams alone. The deflection is measured at a particular point for various locations of a concentrated load on the beam. This static deflection profile is used as the input signal for wavelet (Symlet) analysis. Due to variation in deflection at some points, compared to their adjacent points, peaks are seen in the wavelet coefficient (WC) plot. These peak points are identified as damage points along the length of the beam. The peaks can also be seen at sensor point and supports. These can be eliminated by performing wavelet analysis for the deflection profile measured at another point. In a real damaged structure, it is very difficult to measure deflection at several points, as a large amount of instrumentation needs to be installed to measure the response. This practical difficulty can be avoided by minimizing the number of measuring points in the field as explained in the present work. A parametric study has been carried out by varying the damage, location of damage, intensity of load, flexural rigidity, and length of the beam. It has been observed that the WCs change with variations in damage, location of damage, intensity of load, flexural rigidity, and length of the beam. A generalized curve has been proposed to quantify the damage in a fixed beam by taking envelop of all maximum WCs of the deflection response measured at damage points.     

低温下钢结构裂缝损伤识别方法(Ⅱ)

利用截面抗弯刚度的降低来模拟这种裂缝损伤,并以简支梁为研究对象,分别针对单位置及其多位置损伤,利用有限元分析软件计算得到简支梁的位移模态,再通过应变和位移之间具有二阶导数的关系,对简支梁进行了应变模态分析。     

Daubechies条件小波Galerkin法在结构基本构件计算中的应用

为拓展小波理论在结构计算中的应用,研究采用Daubechies小波Galerkin法计算结构基本构件。现有的Daubechies小波Galerkin法所解出的位移曲线不连续,无法实现高精度计算。结合广义变分原理及Lagrange乘子法,对Daubechies小波Galerkin法进行改进,形成Daubechies条件小波Galerkin法并应用于结构计算。以结构中最为常见的基本构件——杆、梁为例,阐述Daubechies条件小波Galerkin法的构成方法,并与常规有限元法及现有Daubechies小波Galerkin法进行比较。通过典型算例,验证Daubechies条件小波Galerkin法的计算精度。     

基于曲率模态的钢筋混凝土梁损伤检测研究

阐明了曲率模态的基本原理。对钢筋混凝土简支梁进行逐级加荷-卸荷试验,每次卸荷后进行动态检测试验,用DASP系统对试验数据进行分析,得到位移模态。利用二阶差分法,由位移模态得到了曲率模态。结果表明,曲率模态能较为准确地识别钢筋混凝土简支梁的损伤,且对微小损伤较为敏感,高阶的曲率模态对于损伤的敏感性高于低阶曲率模态。利用曲率模态能够较好地判定损伤的位置以及损伤的相对程度。