论文部分内容阅读
近年来，结构健康监测系统越来越多的安装到桥梁、大跨空间结构、海洋平台等大型土木工程结构中，但作为健康监测系统核心技术之一的系统识别和损伤识别技术仍未从根本上得到解决，严重限制了结构健康监测系统的功能。因此，进一步深入研究能适应大型土木工程结构实时健康监测系统需要的模态参数识别和损伤识别方法具有重要的理论意义和工程实际应用价值。本文将新的信号处理方法(HHT变换、小波变换)和计算智能技术(遗传算法)引入到土木工程结构的系统识别和损伤识别中，研究了它们在土木工程结构模态参数识别和损伤识别应用中存在的问题，为发展切实满足结构健康监测系统需要的系统识别和损伤识别技术提供了可供选择且有效的手段。本文的主要研究工作如下： 1．首先简要介绍了结构健康监测系统研究的发展现状，指出结构系统参数识别和损伤识别是结构健康监测系统的核心技术之一，值得进一步研究。其次对传统的和基于环境激励的结构模态参数识别、基于振动的损伤识别研究进行了综述，特别对基于小波变换和HHT变换的模态参数识别和损伤识别研究进行了详细综述。最后阐明了本文的主要研究内容。 2．研究了Hilbert-Huang变换的基本理论、方法及其存在的一些问题，应用HHT方法对单自由度结构的刚度突变和渐变两种损伤情况进行了研究，识别了损伤发生的时刻及程度。 3．通过数值模拟分析研究了HHT变换中经验模式分解(EMD)所得固有模式函数(IMF)的正交性，指出其存在不正交的问题，提出了正交化经验模式分解方法予以改进，获得了完全正交且满足固有模式函数要求的IMF分量，完善了Hilbert-Huang变换方法。数值算例的分析结果验证了方法的正确性和有效性。应用正交化经验模式分解方法对地震记录进行了分析研究，通过对比正交化处理IMF分量前后所获得的Hilbert谱、Hilbert边际谱，指出正交Hilbert谱和正交Hilbert边际谱能真实地定量描述地震记录的频谱能量成分。 4．系统研究了基于HHT变换和小波变换的结构模态参数识别问题。针对小波变换识别模态参数的时频分辨率、端点效应、小波基参数的优化选择和HHT变换识别模态参数中存在的EMD模态分解能力、Hilbert变换的端点效应等问题进行了详细的理论分析。通过数值模拟和实测数据比较了二者的性能，结果表明：在稀疏模态结构中，二者识别效果都很好；在密集模态结构中，小波变换的识别效果较优；二者都能应用于环境激励下的结构模态参数识别，且识别的阻尼结果较传统的半功率带宽小。此外，针对HHT方法在密集模态参数识别方面的不足，