隨機激勵下結構損傷檢測方法研究.pdf

1、結構損傷檢測技術是結構健康監(jiān)測的基礎。本文首先從基于模態(tài)參數(shù)識別與基于結構振動響應信號處理的檢測方法、對比與非對比的檢測方法兩方面來劃分當前的結構損傷檢測技術，指出利用隨機激勵下結構振動響應的結構損傷檢測技術是值得深入研究的課題，本文研究工作主要針對這個課題而展開。 論文在前人研究成果的基礎上闡述了基于振動響應的結構損傷檢測原理，其中包括結構損傷識別參數(shù)的敏感度問題、結構損傷的模擬方法、結構損傷檢測中的數(shù)據(jù)處理方法和結構健康監(jiān)測

2、中的數(shù)據(jù)融合等問題。提出損傷特征參數(shù)的選取原則，即損傷特征參數(shù)與損傷程度之間應盡量滿足單調相關的映射關系。闡述了用隨機數(shù)據(jù)點擬合出平滑的數(shù)據(jù)序列的隨機激勵信號生成方法。 進行了隨機振動結構突發(fā)性損傷檢測的研究。平穩(wěn)隨機振動結構局部剛度突然降低時，其振動響應信號中會出現(xiàn)高頻成分，檢測出結構振動響應信號中的高頻成分即可檢測出突發(fā)性損傷。利用經(jīng)驗模分解(EMD)法、高通濾波法和信號微分方法進行了隨機振動結構突發(fā)性損傷檢測的實驗驗證研究

3、，結果表明，EMD法和高通濾波法檢測效果較好，而信號微分法則是最簡單的檢測方法。對于EMD技術，提出了使用固有模式函數(shù)(IMF)零值點距離作為準則的間歇性控制新方法；提出了以IMF上下包絡線平均值的最大絕對值與IMF最大絕對值之比控制分解精度的新的準則。開發(fā)了用于EMD分解的數(shù)字信號處理軟件系統(tǒng)——EMD-DSP，該軟件除了可以完成與EMD分解技術相關的數(shù)字信號處理工作外，還可用于檢測結構突發(fā)性損傷時的數(shù)據(jù)處理工作。 目前利用環(huán)

4、境激勵識別結構模態(tài)參數(shù)的方法一般都要求結構所受外激勵為白噪聲激勵，所以使用基于模態(tài)參數(shù)識別的方法檢測隨機振動結構的損傷時都要受此限制，針對這一限制，本文提出了用于隨機振動結構損傷檢測的參數(shù)——互相關函數(shù)幅值向量(CorV)。 證明了在外激勵頻譜一定的情況下，CorV只與結構的頻率響應函數(shù)有關。使用結構在短時間內的時域振動響應信號即可測得CorV，因此CorV適合用于環(huán)境隨機激勵下的結構損傷檢測，也適用于利用人工隨機激勵的結構損傷

5、檢測。用一個簡支梁結構，通過仿真和實驗的方法介紹了基于CorV的結構損傷位置識別方法。 通過對美國土木工程師學會的標準模型的損傷檢測，檢驗了基于CorV的結構損傷檢測方法的有效性。并將基于CorV的結構損傷檢測方法應用于航空器壁板結構緊固件松脫損傷的檢測和液壓管道卡箍支座損傷的檢測。通過這些應用實例的仿真和實驗研究，不僅證明了基于CorV的方法對工程結構進行損傷檢測的可行性，同時也闡明了用CorV進行結構損傷檢測的實施過程和注意