支挡结构动力指纹分析及预警系统

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支挡结构的健康监测,尤其是无损检测,是一个重大的社会、经济、学术问题,一旦这些支挡结构失效或者破坏,会造成极大的生命和财产损失,所以必须定期或实时对支挡结构“健康状况”进行监测。本文在对实验室挡墙进行动力测试基础上,利用模态分析技术、信号分析技术对支挡结构进行动力指纹分析,提出一种针对支挡结构的基于损伤动力指纹的预警方法,并开发相应的软件系统。论文的主要研究工作如下:  ①针对支挡结构的动测技术进行了介绍和分析,提出了冲击试验需要注意的技术问题,包括锤帽材质刚度的影响、变时基采样技术等。  ②利用整体正交多项式法、特征系统实现算法对挡墙动测试验进行了模态识别,分析了模态试验在挡墙的模态识别方面存在许多不足,以及模态域动力指纹在实际应用中的局限性。  ③采用现代信号分析技术对支挡结构动测信号进行了频谱分析和时频分析,说明了基于频谱和时频谱分析的频带能量和时频能量可以对结构的动力特性进行较好的描述,低频段和高频段能量的细微变化可以用来衡量和评价支挡结构的健康状况。  ④提出基于小波包能量谱的支挡结构多尺度损伤特征提取法。通过结构动力系统的多尺度理论分析以及对实测挡墙信号分析表明,损伤结构的原始动力响应经小波变换的不同分析尺度上的动力响应包含了更多的结构损伤特征信息,采用小波包分解将动力响应信号在整个频率范围内划分为若干独立的频带,可以对结构的动力特性进行较好的描述,小波包频带能量谱和小波包时频能量谱的变化将可以表征支挡结构工作状况的变化。  ⑤基于无损挡墙的动测信号,提出了特征频带(时频带)的构造方法,并提出了基于小波包频带能量谱和时频能量谱的计算方法。提出了5个支挡结构损伤动力指纹,通过对实测挡墙信号各指纹的敏感性和鲁棒性分析比较,提出采用损伤特征指纹DA作为预警指纹,DS作为辅助预警指纹。基于小波包能量谱的结构损伤预警方法具有良好的损伤预警适用性、损伤敏感性和噪声鲁棒性,提出了基于小波包能量谱的支挡结构损伤预警方法的算法。  ⑥针对环境激励下的虚拟脉冲响应函数,基于小波包能量谱,提取特征频带,计算结构特征向量、结构损伤向量和损伤特征指标,提出了环境激励下支挡结构的实时损伤预警方法,开发了交互式支挡结构损伤预警系统软件。
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