爆炸地震波作用下基于小波包频带能量谱的结构损伤诊断研究

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随着社会的不断进步,工程爆破技术被应用在很多领域,如大型建筑物的拆除,地基的开挖,城市交通、地铁、道路的施工等等。但是工程爆破对周边环境和建筑物的影响也是不能忽视的,爆破产生的爆炸地震波可能会造成周边建筑物的损伤。因此,对建筑物在爆炸地震波作用下的损伤诊断就显得非常有必要。如今,建筑结构的损伤诊断已成为世界范围内土木建筑领域的前沿问题,也是结构健康监测领域具有挑战性的课题。如何合理地建立健康监测系统,利用所采集的数据和信号反映结构的健康状况,并对损伤可能发生的位置和程度做出评估,这些都是结构健康监测的核心内容。  本文的主要内容是将基于小波包频带能量谱的结构多尺度损伤分析理论用于建筑结构在爆炸地震波作用下的损伤诊断。首先,结合爆炸地震波的特点,利用非平稳随机过程的理论来模拟出一组爆炸地震波数据,并用小波包方法分析了该爆炸地震波的频谱特性以及能量分布。将模拟得到的爆炸地震波作为初始激励作用在一个钢框架支撑结构上,通过去除结构上的支撑来模拟结构的损伤,并利用数值分析得到完好结构和损伤结构在爆炸地震波作用下的结构动力响应。根据小波变换和小波包变换理论,建立了基于小波包频带能量谱的结构损伤诊断方法。对结构动力响应进行了分析,计算结构的损伤预警参数和损伤预警指标,实现对结构的损伤诊断。最后本文还讨论了小波包分解层次和结构损伤特征向量的选取对结构损伤诊断效果的影响,并对基于小波分析和小波包分析的结构损伤诊断的效果进行了对比。  计算结果表明,小波包分析方法比小波分析更适合作为结构损伤诊断的计算方法。基于小波包频带能量谱的结构多尺度损伤分析理论能够有效地对结构做出损伤诊断,对结构损伤的敏感程度也比较高。通过合理地选择小波函数、小波包分解层次和结构损伤特征向量,能够既准确又高效地实现对结构的损伤诊断。
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