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

1、近20年來(lái)，基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和損傷識(shí)別一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。數(shù)字圖像處理技術(shù)具有非接觸、遠(yuǎn)距離和高精度3大特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。小波分析是一種信號(hào)的時(shí)間-尺度(時(shí)間-頻率)分析方法，具有多分辨率分析的特點(diǎn)，在時(shí)域和頻域都有表征信號(hào)局部特征的能力，在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別領(lǐng)域得到越來(lái)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(dòng)信號(hào)的測(cè)量和損傷識(shí)別提供了新的思路。本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金(50778077，5092

2、5828)的資助下，進(jìn)行了基于數(shù)字圖像處理和小波分析的損傷識(shí)別研究。
　　 本文用理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證等方法從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究，取得了一些成果和結(jié)論：
　　 1、分析了損傷識(shí)別中小波函數(shù)的選擇方法。具有對(duì)稱(chēng)性的小波適合進(jìn)行損傷識(shí)別。消失矩的階數(shù)越高，其支撐長(zhǎng)度會(huì)越長(zhǎng)，對(duì)信號(hào)微小差異的刻畫(huà)越明顯，但是會(huì)增加計(jì)算時(shí)間。因此小波函數(shù)的選擇應(yīng)該在消失矩階數(shù)和計(jì)算時(shí)間上找到一個(gè)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(dòng)響應(yīng)能量密度函數(shù)統(tǒng)計(jì)矩的損傷識(shí)別方法。利用小波變換將振動(dòng)響應(yīng)分解為離散的能量分布，用小波系數(shù)構(gòu)造相對(duì)零階矩(RDI)、規(guī)格化零階矩(NDI)損傷識(shí)別指標(biāo)進(jìn)行損傷識(shí)別。通過(guò)統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)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(shí)測(cè)模態(tài)的情況下識(shí)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(duì)單損傷和多損傷均能精確識(shí)別。

4、
　　 3、對(duì)結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的響應(yīng)進(jìn)行小波變換，建立基于殘余小波力的損傷識(shí)別指標(biāo)。將環(huán)境激勵(lì)看成是平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，運(yùn)用隨機(jī)減量技術(shù)模擬自由振動(dòng)的響應(yīng)。結(jié)合矩陣分解在平面桁架的數(shù)值算例中進(jìn)行了損傷識(shí)別，這種方法可以識(shí)別損傷的位置和程度，并且對(duì)噪聲有很好的魯棒性。
　　 4、針對(duì)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量進(jìn)行多點(diǎn)動(dòng)態(tài)位移的測(cè)量時(shí)面臨數(shù)據(jù)量大、多路采集同步困難的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了多路位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用小波亞像素邊緣檢測(cè)方法使位移的精度達(dá)到0.01m

5、m。磁盤(pán)陣列和同步信號(hào)發(fā)生器保證海量數(shù)據(jù)處理和多路相機(jī)之間的同步。在4層鋼框架上實(shí)現(xiàn)了4路動(dòng)態(tài)位移的同步采集，并與位移傳感器進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明這套系統(tǒng)可以為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和損傷識(shí)別提供比較準(zhǔn)確的位移數(shù)據(jù)。
　　 5、提出了一種結(jié)合數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)和小波分析的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法。采用高速相機(jī)采集梁的位移時(shí)程曲線(xiàn)獲取模態(tài)信息，再由模態(tài)位移計(jì)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(zhǔn)確識(shí)別損傷的位置。