基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時(shí)變參數(shù)識(shí)別研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工程技術(shù)快速發(fā)展，各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)。在不同荷載、工作環(huán)境等因素作用下，工程結(jié)構(gòu)的時(shí)變及非線性特性不容忽視。例如，由大跨度體育場(chǎng)館與看臺(tái)的觀眾組成的時(shí)變結(jié)構(gòu)體系，超高層建筑承受風(fēng)荷載所表現(xiàn)出來(lái)的時(shí)變動(dòng)力特性。此外，對(duì)于目前應(yīng)用較為廣泛的隔震建筑，由于其結(jié)構(gòu)形式的特殊性，在其全壽命過(guò)程中也表現(xiàn)出明顯的時(shí)變非線性特性。這不僅對(duì)設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)提出了新的要求，同時(shí)也對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。作為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要研究?jī)?nèi)容

2、，時(shí)變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及非線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的參數(shù)識(shí)別問(wèn)題已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)問(wèn)題，并且具有很高的研究?jī)r(jià)值。本文主要以時(shí)變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及非線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于小波分析理論對(duì)其參數(shù)識(shí)別展開(kāi)深入研究，主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　為解決時(shí)變結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別問(wèn)題，在短時(shí)時(shí)不變假定條件下，提出了一種基于連續(xù)小波變換的時(shí)變模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法。選用隨機(jī)沖擊激勵(lì)作為輸入，僅對(duì)輸出響應(yīng)進(jìn)行小波變換，根據(jù)小波脊線提取每一時(shí)刻的頻率、阻尼及振型，分析表明，該方法適

3、用于阻尼較大的慢時(shí)變結(jié)構(gòu)體系。通過(guò)設(shè)計(jì)質(zhì)量具有時(shí)變性的兩層鋼框架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)證方法的正確性。
　　在傳統(tǒng)頻響函數(shù)（FRF）基礎(chǔ)上，利用小波時(shí)頻分析手段，引入小波頻響函數(shù)（W-FRF）的概念，將時(shí)不變頻響函數(shù)拓展到時(shí)變頻響函數(shù)，采用W-FRF能夠正確揭示系統(tǒng)的動(dòng)力特性。將W-FRF與迭代最小二乘算法相結(jié)合，提出一種時(shí)變結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識(shí)別方法。分析表明，該方法能夠比較準(zhǔn)確的識(shí)別頻率與振型的時(shí)變性，并對(duì)影響W-FRF估計(jì)精

4、度的因素進(jìn)行分析。
　　針對(duì)時(shí)變結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識(shí)別問(wèn)題，建立了一套基于WMRA的時(shí)變物理參數(shù)識(shí)別方法。從函數(shù)空間剖分的角度，對(duì)時(shí)變參數(shù)進(jìn)行小波多分辨率近似展開(kāi)，將時(shí)變物理參數(shù)識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多元線性回歸模型中時(shí)不變小波重構(gòu)系數(shù)的估計(jì)問(wèn)題。對(duì)該方法的抗噪性、分解尺度、模型選擇、基函數(shù)選擇及采樣頻率等影響算法魯棒性的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析。將最優(yōu)分解尺度選擇問(wèn)題看作模型定階與回歸因子對(duì)模型貢獻(xiàn)量的問(wèn)題，采用正交前向回歸算法與正則化最小二乘相

5、結(jié)合（OFR-RLS）能夠有效提高算法的識(shí)別精度。待識(shí)別參數(shù)的頻域特性對(duì)分解尺度選擇有很大的影響，在一定條件下，通過(guò)提高采樣頻率可以提高識(shí)別精度。
　　對(duì)描述結(jié)構(gòu)非線性的Bouc-wen模型進(jìn)行系統(tǒng)分析。采用單參數(shù)比例變化法對(duì)廣義Bouc-wen模型進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析，給出其對(duì)滯回曲線影響的一般規(guī)律。以經(jīng)典Bouc-wen模型為研究對(duì)象，理論分析了不同參數(shù)取值下系統(tǒng)所表現(xiàn)出的軟或硬特性。按照線性體系動(dòng)力特性研究思路，分析簡(jiǎn)諧激勵(lì)

6、下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)最大幅值與輸入激勵(lì)頻率之間的關(guān)系，并采用諧波畸變與FRF畸變等方法判斷結(jié)構(gòu)的非線性狀態(tài)。
　　以典型的具有時(shí)變及非線性特性的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，提出了用于定性分析隔震支座非線性狀態(tài)的小波系數(shù)能量比指標(biāo)(WCER)。其次，結(jié)合三階有效差分方法建立了基于WMRA的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)有、無(wú)模型參數(shù)識(shí)別方法，該方法能夠有效地識(shí)別結(jié)構(gòu)參數(shù)及非線性特性。最后，借助串聯(lián)隔震體系振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示了串聯(lián)隔震體系時(shí)變動(dòng)力特性；采