移动荷载作用下结构损伤识别小波方法研究.docx

移动荷载作用下结构损伤识别小波方法研究
摘要
本文研究了在移动荷载作用下的结构损伤识别问题，并提出了一种基于小波方法的识别算法。首先介绍了传统的结构损伤识别方法及其存在的不足，然后详细介绍了小波方法的基本原理和应用。根据移动荷载作用下结构的振动特性，本文选取了小波包分析方法和小波域能量变化率作为识别算法的核心，针对不同的结构损伤情况设计了不同的小波包及其变化率的特征向量，并通过实验验证了算法的有效性和可行性。
关键词：移动荷载，结构损伤识别，小波方法，小波包分析，小波域能量变化率
Abstract
Thispaperstudiestheproblemofstructuraldamageidentificationundermovingloads,andproposesanidentificationalgorithmbasedonwaveletmethods.Firstly,thetraditionalstructuraldamageidentificationmethodsandtheirshortcomingsareintroduced.Then,thebasicprinciplesandapplicationsofwaveletmethodsareelaboratedindetail.Basedonthevibrationcharacteristicsofstructuresundermovingloads,thispaperselectswaveletpacketanalysismethodandwaveletdomainenergychangerateasthecoreoftheidentificationalgorithm,designsdifferentfeaturevectorsofwaveletpacketsandtheirchangeratesfordifferentstructuraldamagesituations,andverifiestheeffectivenessandfeasibilityofthealgorithmthroughexperiments.
Keywords:movingloads,structuraldamageidentification,waveletmethods,waveletpacketanalysis,waveletdomainenergychangerate
正文
1.引言
随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，越来越多的大型建筑物、桥梁和机械设备得到了广泛应用。但是，这些结构构件长时间使用后会受到各种力的作用和环境的影响，导致其逐步产生损伤，甚至出现失效的风险。因此，如何及时准确地检测和识别结构的损伤情况，对于维护和保养结构的安全和可靠性具有重要的意义。
传统的结构损伤识别方法主要是基于振动信号的频域、时域分析和模态参数识别等，这些方法存在一些局限性，如受传感器摆放位置、噪声等因素的影响，无法直接反映结构的损伤大小和位置等问题。近年来，小波方法在结构损伤识别领域得到了越来越广泛的应用。小波方法是一种多分辨率分析的方法，能够对信号进行高效的变换和分析，具有较好的时频特性和能量集中性。因此，基于小波方法的结构损伤识别算法，可以有效地提高损伤识别的准确性和可靠性。
本文将研究在移动荷载作用下的结构损伤识别问题，提出一种基于小波方法的识别算法。首先介绍了传统的结构损伤识别方法及其存在的问题，然后详细介绍了小波方法的基本原理和应用。接着，根据移动荷载作用下结构的振动特性，选取了小波包分析方法和小波域能量变化率作为识别算法的核心，针对不同的结构损伤情况设计了不同的小波包及其变化率的特征向量，并通过实验验证了算法的有效性和可行性。
2.小波方法基本原理和应用
小波方法是一种多分辨率分析的方法，可以对信号进行高效的变换和分析，并具有较好的时频特性和能量集中性。其基本思想是将信号分解为不同尺度和频率的小波函数，并对分解后的小波系数进行重构。通过小波分析可以提取出信号的局部特征，对于非线性、非平稳的信号，更能够有效地捕捉其时域和频域的演化规律。
小波方法在结构损伤识别领域的应用主要有以下几个方面：
（1）小波包分析法
小波包分析法是基于小波分析的一种多分辨率信号分析方法，它通过对小波系数的多次分解和重构，可以提取出更多的局部特征，并对噪声等干扰信号有较强的抗干扰能力。因此，小波包分析法在损伤识别中得到了广泛的应用。通常采用的方法是通过小波包基函数构造小波包基树，分别对信号的高频和低频部分进行多层分解，并计算各层小波包系数的能量和其他指标。
（2）小波域能量变化率
小波域能量变化率是指在小波域内对各层小波包系数的能量变化率进行统计分析，能够反映出结构损伤的大小和位置等信息。采用小波域