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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

作　者: 郑世夺
导　师: 杜守军；张丽梅
学　校: 河北科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 正放四角锥网架损伤检测模态分析小波变换信号消噪最优激励位置
分类号: TU356
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 78次
引　用: 1次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 结构损伤检测的研究背景及实际意义  9
  1.2 结构无损检测的研究现状  9-11
    1.2.1 局部法无损检测技术  9-10
    1.2.2 整体法无损检测技术  10-11
  1.3 小波理论的国内外研究现状  11-13
    1.3.1 小波奇异性损伤检测  11-12
    1.3.2 小波消噪  12-13
  1.4 本文研究主要内容  13-15
第2章基于小波变换的结构振动模态损伤识别  15-46
  2.1 小波奇异性在结构无损检测中的应用原理  15-18
    2.1.1 信号的奇异性检测原理  15-17
    2.1.2 信号奇异点性质的表征  17-18
  2.2 结构振动模态简介  18-26
    2.2.1 结构振动模态分析原理  18-21
    2.2.2 结构振动模态分析目的  21-23
    2.2.3 激励技术  23-26
  2.3 结构损伤识别参数  26-32
    2.3.1 基于应变模态差的结构损伤识别  26-30
    2.3.2 基于模态应变能变化率损伤识别  30-32
  2.4 基于振动的钢悬臂梁结构损伤识别  32-45
    2.4.1 数值模拟和实验模型的设计  32-34
    2.4.2 钢悬臂梁结构振动损伤识别数值模拟  34-38
    2.4.3 结构振动损伤识别实验分析  38-44
    2.4.4 数值模拟和实验动力测试损伤识别对比  44-45
  2.5 本章小结  45-46
第3章小波变换消噪在结构检测中的应用研究  46-60
  3.1 噪声来源及其分类  46-47
  3.2 小波阈值消噪  47-50
    3.2.1 小波消噪的原理  47-49
    3.2.2 小波消噪的阈值选择  49-50
  3.3 小波阈值消噪在模拟非平稳信号处理研究  50-54
    3.3.1 小波基函数的选择  51-52
    3.3.2 三种阈值处理方法的对比  52-53
    3.3.3 四种阈值选取的小波消噪的对比  53-54
  3.4 实验信号研究  54-58
    3.4.1 小波阈值消噪应用于现实采集信号研究  54-57
    3.4.2 小波阈值消噪应用于现实损伤检测研究  57-58
  3.5 本章小结  58-60
第4章基于振动模态分析的正放四角锥网架数值模拟  60-77
  4.1 网架结构  60
    4.1.1 网架结构的特点  60
    4.1.2 网架结构常用组成形式  60
  4.2 基于结构动力特性的损伤检测研究  60-62
  4.3 单点瞬态激励最优位置的选取方法  62-67
    4.3.1 单点激励基础知识  62-63
    4.3.2 单点激励时最优激励点选择的依据  63
    4.3.3 最优激励点的选择方法  63-67
  4.4 杆单元模态应变能的损伤识别理论  67-70
    4.4.1 模态应变能理论  67-69
    4.4.2 网架结构模态应变能  69-70
  4.5 正放四角锥网架结构损伤识别数值模拟分析  70-75
    4.5.1 网架结构建模及单点瞬态激励  70-72
    4.5.2 基于单元模态应变能变化率的小波分析损伤检测  72-75
  4.6 本章小结  75-77
结论  77-79
参考文献  79-84
攻读硕士学位期间所发表的论文  84-85
致谢  85

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

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