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结构裂纹给结构服役安全构成了严重的威胁,早期的结构损伤识别对于完善管理、减少事故隐患具有重要意义。众所周之,结构发生损伤后势必会对结构动态特性产生影响,将结构固有频率、阻尼、振型等量和结构损伤建立某种联系并通过监测这些量的变化来评估结构的服役状况就是损伤检测的主要内容。过去的40多年内,研究人员依据这一原理发展了许多结构损伤识别方法。近年来,小波时频分析法作为一种既可以保留结构局部特性又不失结构整体的特性的结构损伤检测新方法越来越受到了研究人员的青睐,但是这一方法还有许多不完善的地方,例如:对结构损伤信息的描述以及选取没有进行严密的论述;小波函数的选取仅凭借经验选取,没有一套可以借鉴的原则依据;真实环境对识别结果影响的研究不足;如何提取完备的损伤信息的研究不够深入等等。出于对这些问题的考虑,作者先对含裂纹悬臂梁一阶模态进行小波变换,并利用小波时频分析来研究含裂纹悬臂梁振型信息的奇异性,通过小波系数在空间-尺度上的突变可以清楚的识别出裂纹在悬臂梁上的空间分布。Lip条件用来定义集中因子和裂纹深度之间的关系以评估损伤程度。同时文章对如何选取小波函数、如何选取损伤模态进行了深入的研究,并比较了不同小波函数的使用对识别结果的影响,不同损伤模态对识别结果的影响,以及噪声对裂纹参数识别结果的影响规律等。
通过本文的研究,作者认为:结构的模态是既可以保留结构局部损伤特征又不失全局特征的损伤信息,对其进行小波变换可以进行空间定位和损伤评估;小波函数的消失矩不同是引起不同小波函数识别结果不同的原因;尽管在裂纹深度识别过程中具有较高消失矩的小波表现出优秀的品质,但若只识别裂纹位置,低阶消失矩小波的指示性更好;在损伤模态的选取中,二阶模态由于其在噪声方面具有较好的容错性以及在识别裂纹深度中误差较小,被认为是适合作为损伤模态进行损伤识别;对于噪声影响,使用本文方法进行结构裂纹参数识别,噪声对裂纹位置的影响只是指示清晰度的影响,基本不会产生错误的识别,而对裂纹深度的影响远比对位置的影响复杂,由于小波系数混入了噪声成分,从而增加了集中因子的取值,致使识别结果总是比真实结果偏大。
尽管本文以悬臂梁结构为例,利用一维连续小波变换理论重点对含裂纹悬臂梁的裂纹参数识别、小波选取、模态选取以及噪声影响等问题进行了研究,但该理论对于一维的结构,如框架结构、拱结构以及不同边界条件下的梁结构等都有一定的适用性。实验证明该方法原理简单,易于操作,具有较高精度,可以方便的推广应用于一维结构的在线健康检测。