基于圖像處理技術(shù)和小波方法的結(jié)構(gòu)損傷識別.pdf

1、近20年來，基于振動的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和損傷識別一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。數(shù)字圖像處理技術(shù)具有非接觸、遠距離和高精度3大特點，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康的實時在線監(jiān)測。小波分析是一種信號的時間-尺度(時間-頻率)分析方法，具有多分辨率分析的特點，在時域和頻域都有表征信號局部特征的能力，在結(jié)構(gòu)損傷識別領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。結(jié)合數(shù)字圖像處理和小波分析方法為結(jié)構(gòu)振動信號的測量和損傷識別提供了新的思路。本論文在國家自然科學(xué)基金(50778077，5092

2、5828)的資助下，進行了基于數(shù)字圖像處理和小波分析的損傷識別研究。
　　 本文用理論分析、數(shù)值模擬和試驗驗證等方法從以下幾個方面進行研究，取得了一些成果和結(jié)論：
　　 1、分析了損傷識別中小波函數(shù)的選擇方法。具有對稱性的小波適合進行損傷識別。消失矩的階數(shù)越高，其支撐長度會越長，對信號微小差異的刻畫越明顯，但是會增加計算時間。因此小波函數(shù)的選擇應(yīng)該在消失矩階數(shù)和計算時間上找到一個平衡。消失矩的階數(shù)至少應(yīng)大于2，并且消失矩

3、的階數(shù)一般為4比較合適。
　　 2、研究了一種基于結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)能量密度函數(shù)統(tǒng)計矩的損傷識別方法。利用小波變換將振動響應(yīng)分解為離散的能量分布，用小波系數(shù)構(gòu)造相對零階矩(RDI)、規(guī)格化零階矩(NDI)損傷識別指標進行損傷識別。通過統(tǒng)計假設(shè)檢驗方法確定結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的閾值。推導(dǎo)了單元模態(tài)應(yīng)變能差的靈敏度矩陣，可以在較少實測模態(tài)的情況下識別板的損傷程度。板結(jié)構(gòu)的數(shù)值算例表明這種方法在含有一定噪聲干擾的情況下對單損傷和多損傷均能精確識別。

4、
　　 3、對結(jié)構(gòu)自由振動的響應(yīng)進行小波變換，建立基于殘余小波力的損傷識別指標。將環(huán)境激勵看成是平穩(wěn)的隨機過程，運用隨機減量技術(shù)模擬自由振動的響應(yīng)。結(jié)合矩陣分解在平面桁架的數(shù)值算例中進行了損傷識別，這種方法可以識別損傷的位置和程度，并且對噪聲有很好的魯棒性。
　　 4、針對數(shù)字攝影測量進行多點動態(tài)位移的測量時面臨數(shù)據(jù)量大、多路采集同步困難的問題，開發(fā)了多路位移監(jiān)測系統(tǒng)。采用小波亞像素邊緣檢測方法使位移的精度達到0.01m

5、m。磁盤陣列和同步信號發(fā)生器保證海量數(shù)據(jù)處理和多路相機之間的同步。在4層鋼框架上實現(xiàn)了4路動態(tài)位移的同步采集，并與位移傳感器進行對比。結(jié)果表明這套系統(tǒng)可以為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和損傷識別提供比較準確的位移數(shù)據(jù)。
　　 5、提出了一種結(jié)合數(shù)字圖像測量系統(tǒng)和小波分析的方法進行結(jié)構(gòu)的損傷識別方法。采用高速相機采集梁的位移時程曲線獲取模態(tài)信息，再由模態(tài)位移計算曲率模態(tài)。在單損傷和多損傷的情況下，曲率模態(tài)和曲率模態(tài)小波變換都能準確識別損傷的位置。