隨機(jī)激勵下結(jié)構(gòu)損傷檢測方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)。本文首先從基于模態(tài)參數(shù)識別與基于結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)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(dāng)前的結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)，指出利用隨機(jī)激勵下結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)是值得深入研究的課題，本文研究工作主要針對這個(gè)課題而展開。 論文在前人研究成果的基礎(chǔ)上闡述了基于振動響應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷檢測原理，其中包括結(jié)構(gòu)損傷識別參數(shù)的敏感度問題、結(jié)構(gòu)損傷的模擬方法、結(jié)構(gòu)損傷檢測中的數(shù)據(jù)處理方法和結(jié)構(gòu)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(yīng)盡量滿足單調(diào)相關(guān)的映射關(guān)系。闡述了用隨機(jī)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出平滑的數(shù)據(jù)序列的隨機(jī)激勵信號生成方法。 進(jìn)行了隨機(jī)振動結(jié)構(gòu)突發(fā)性損傷檢測的研究。平穩(wěn)隨機(jī)振動結(jié)構(gòu)局部剛度突然降低時(shí)，其振動響應(yīng)信號中會出現(xiàn)高頻成分，檢測出結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)信號中的高頻成分即可檢測出突發(fā)性損傷。利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)７纸?EMD)法、高通濾波法和信號微分方法進(jìn)行了隨機(jī)振動結(jié)構(gòu)突發(fā)性損傷檢測的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究

3、，結(jié)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(shù)，提出了使用固有模式函數(shù)(IMF)零值點(diǎn)距離作為準(zhǔn)則的間歇性控制新方法；提出了以IMF上下包絡(luò)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(zhǔn)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(shù)相關(guān)的數(shù)字信號處理工作外，還可用于檢測結(jié)構(gòu)突發(fā)性損傷時(shí)的數(shù)據(jù)處理工作。 目前利用環(huán)

4、境激勵識別結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的方法一般都要求結(jié)構(gòu)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(jī)振動結(jié)構(gòu)的損傷時(shí)都要受此限制，針對這一限制，本文提出了用于隨機(jī)振動結(jié)構(gòu)損傷檢測的參數(shù)——互相關(guān)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(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)有關(guān)。使用結(jié)構(gòu)在短時(shí)間內(nèi)的時(shí)域振動響應(yīng)信號即可測得CorV，因此CorV適合用于環(huán)境隨機(jī)激勵下的結(jié)構(gòu)損傷檢測，也適用于利用人工隨機(jī)激勵的結(jié)構(gòu)損傷

5、檢測。用一個(gè)簡支梁結(jié)構(gòu)，通過仿真和實(shí)驗(yàn)的方法介紹了基于CorV的結(jié)構(gòu)損傷位置識別方法。 通過對美國土木工程師學(xué)會的標(biāo)準(zhǔn)模型的損傷檢測，檢驗(yàn)了基于CorV的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法的有效性。并將基于CorV的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法應(yīng)用于航空器壁板結(jié)構(gòu)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(yīng)用實(shí)例的仿真和實(shí)驗(yàn)研究，不僅證明了基于CorV的方法對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷檢測的可行性，同時(shí)也闡明了用CorV進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測的實(shí)施過程和注意