基于降維方法的結(jié)構(gòu)損傷檢測的研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)的損傷檢測一直以來都是學(xué)者們的研究熱點，提出了很多損傷檢測方法。其中大部分的方法是以模態(tài)分析為基礎(chǔ)的，但是由于受到噪聲、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及人為因素等的影響，利用測試數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)分析會產(chǎn)生較大的擬合誤差，進(jìn)而影響損傷檢測的效果。結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)包含了結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的所有信息，且易于測量，有學(xué)者仿照曲率模態(tài)提出了只利用頻響函數(shù)進(jìn)行損傷檢測的頻響曲率法，此法不再依賴結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型的參數(shù)識別。結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷前后，頻響曲率之差的絕對值會在發(fā)生損傷的區(qū)域產(chǎn)

2、生突變，文中對該檢測方法的合理性進(jìn)行了推導(dǎo)，證明了利用頻響曲率進(jìn)行損傷檢測是有理論依據(jù)和物理解釋的。為了越過頻響曲率法的頻帶限制，文中提出了改進(jìn)的頻響曲率(Im_FRFC)法，在選擇的頻帶范圍很寬的情況下，仍能得到令人滿意的效果。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，其本質(zhì)機(jī)理很難深入了解，這時可以通過系統(tǒng)辨識的方法，利用動測的響應(yīng)信號建立系統(tǒng)的等價模型。文中只利用結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號建立時序模型(AR模型)，發(fā)現(xiàn)AR模型系數(shù)對結(jié)構(gòu)特性的變化是很敏感的，但是

3、AR模型系數(shù)的變化與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)局部變化沒有一一的對應(yīng)關(guān)系，因此不適合用于損傷定位。
　　 結(jié)構(gòu)損傷前后，AR模型系數(shù)發(fā)生了顯著的變化，Im_FRFC差的絕對值也在損傷處產(chǎn)生突變，這種變化和突變的定量分析可以為識別損傷是否存在和定位損傷的具體位置提供一個“閾值”。另外，為了得到系統(tǒng)更多的數(shù)據(jù)信息，人們傾向于在系統(tǒng)的不同部位安裝多個傳感器，這使得響應(yīng)數(shù)據(jù)的維數(shù)不斷增長，利用降維的方法(PCA技術(shù))能夠很好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)陣的降維、壓縮及重

4、構(gòu)。為了實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的降維處理和定量分析，利用結(jié)構(gòu)損傷前后的AR模型系數(shù)和Im_FRFC差的絕對值分別建立損傷識別矩陣，經(jīng)主元分析后發(fā)現(xiàn)損傷識別矩陣的前幾階主元就能基本包含原始數(shù)據(jù)的全部信息，實現(xiàn)對損傷識別矩陣的降維壓縮。爾后，運用多元控制圖分離“離群數(shù)據(jù)”，實現(xiàn)了對上述變化和突變的定量分析，完成了對懸臂梁的損傷識別和定位。其中，統(tǒng)計量SPE刻畫了待測的數(shù)據(jù)對主元模型的偏離程度，兩次檢測中SPE值超出控制限的程度是不同的，超出控制限程度大