帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模態(tài)參數(shù)小波分析方法研究的中期報(bào)告

帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模態(tài)參數(shù)小波分析方法研究的中期報(bào)告摘要：本文主要介紹了一種用于帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模態(tài)參數(shù)小波分析方法。該方法可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，通過(guò)對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行小波分析，得到不同尺度下的頻率響應(yīng)函數(shù)，并基于頻率響應(yīng)函數(shù)的變化來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。本文還詳細(xì)介紹了該方法的原理和計(jì)算步驟，并給出了基于數(shù)值仿真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，該方法可以有效地識(shí)別帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)的損傷，并具有一定的精確度和魯棒性。關(guān)鍵詞：帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)；損傷識(shí)別；模態(tài)參數(shù)；小波分析中期報(bào)告：1.引言帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)是一類(lèi)常見(jiàn)的工程結(jié)構(gòu)，因其特殊的結(jié)構(gòu)形式和復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，容易發(fā)生損傷。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)這些損傷，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別。模態(tài)分析是一種常用的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，可以得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。然而，由于模態(tài)參數(shù)受到結(jié)構(gòu)本身和其環(huán)境的影響，其變化常常不明顯。為了更加準(zhǔn)確地識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷，在分析模態(tài)參數(shù)的同時(shí)，需要使用其他方法進(jìn)一步分析。小波分析方法是一種可以將信號(hào)分解成不同尺度和頻率成分的方法。由于不同尺度的小波函數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)不同，因此可以根據(jù)頻率響應(yīng)函數(shù)的變化來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。本文將模態(tài)參數(shù)和小波分析方法相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別。2.方法原理本文所提出的方法的主要步驟如下：首先，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的幾個(gè)模態(tài)參數(shù)。然后，對(duì)每個(gè)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行小波分析，得到不同尺度下的頻率響應(yīng)函數(shù)。最后，通過(guò)對(duì)頻率響應(yīng)函數(shù)的變化進(jìn)行分析，來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。3.計(jì)算步驟本文所提出的方法的具體計(jì)算步驟如下：1)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)的幾個(gè)模態(tài)參數(shù)。2)對(duì)每個(gè)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行小波分析，得到不同尺度下的頻率響應(yīng)函數(shù)。3)對(duì)每個(gè)頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除尺度的影響。4)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行聚類(lèi)分析，將其分為不同的類(lèi)別。5)對(duì)每個(gè)類(lèi)別的頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，以識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。4.數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證本文所提出的方法的有效性，進(jìn)行了一些數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象是一種帶片狀裂紋的結(jié)構(gòu)，將在結(jié)構(gòu)的一側(cè)施加外力，模擬結(jié)構(gòu)的損傷。模態(tài)分析結(jié)果如圖1所示。圖1結(jié)構(gòu)的前3個(gè)模態(tài)對(duì)每個(gè)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行小波分析，得到不同尺度下的頻率響應(yīng)函數(shù)。圖2給出了第一個(gè)模態(tài)的頻率響應(yīng)函數(shù)。可以看出，在相同的尺度下，得到的頻率響應(yīng)函數(shù)具有相似的形狀。同時(shí)，隨著尺度的增加，頻率響應(yīng)函數(shù)會(huì)有所變化。圖2第一個(gè)模態(tài)的頻率響應(yīng)函數(shù)對(duì)每個(gè)頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除尺度的影響。標(biāo)準(zhǔn)化后的頻率響應(yīng)函數(shù)如圖3所示。圖3標(biāo)準(zhǔn)化后的第一個(gè)模態(tài)的頻率響應(yīng)函數(shù)通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行聚類(lèi)分析，將其分為不同的類(lèi)別。本文選擇了4個(gè)類(lèi)別，每個(gè)類(lèi)別包含了若干個(gè)頻率響應(yīng)函數(shù)。圖4給出了4個(gè)類(lèi)別中的一個(gè)頻率響應(yīng)函數(shù)。圖4一個(gè)類(lèi)別中的頻率響應(yīng)函數(shù)對(duì)每個(gè)類(lèi)別的頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，以識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。圖5給出了4個(gè)類(lèi)別的頻率響應(yīng)函數(shù)的平均值。可以看出，每個(gè)類(lèi)別中的頻率響應(yīng)函數(shù)平均值都會(huì)受到結(jié)構(gòu)損傷的影響。因此，可以通過(guò)對(duì)平均值的變化進(jìn)行分析，來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷。圖54個(gè)類(lèi)別的頻率響應(yīng)函數(shù)平均值5.結(jié)論本文提出了一種用于帶片狀裂紋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模態(tài)參數(shù)小波分析方法。通過(guò)對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行小波分析，可以得到不同尺度下的頻率響應(yīng)函數(shù)，并基于頻率響應(yīng)函數(shù)的變化來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的