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《河海大学》 2005年
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基于动力指纹小波分析的结构损伤特征提取与辨识基本问题研究

曹茂森  
【摘要】: 土木水利工程如大坝、河堤、桥梁等,在损伤积聚下一旦发生溃塌,会对国家和人民的生命财产造成极大的损失。对土木水利工程结构进行健康监测是具有重大的学术、经济和社会意义。结构动力无损检测作为土木水利工程结构健康监测的基本形式,正在成为世界范围内的一个研究热点。 傅立叶变换本质上的不足使现行的“结构动力学+傅立叶变换”的结构动力无损检测理论框架存在先天缺陷。小波变换从本质上克服了傅立叶变换的不足,具有将上述理论框架提升为“结构动力学+小波变换”结构动力无损检测理论框架的潜质。然而小波变换用于结构动力无损检测还处于初步探索阶段,有许多科学问题亟需解决。 本文采用理论分析、数值模拟和物理模型实验相结合的研究方法,对有关于“结构动力学+傅立叶变换”框架提升为“结构动力学+小波变换”框架的5个关键基础性问题进行了研究,包括解决“小波包变换-神经网络”智能损伤检测模式的理论细节问题、创建不受荷载谱影响的动力指纹、提出适合应力波传播无损检测的应力波小波分析理论、利用小波变换消除现有分形损伤检测理论的弊端、在物理模型实验中提出小波域自治性动力无损检测方法。取得的创新性研究成果主要有: (1)建立了小波包子带能量表征损伤的实验依据,研发了系数子带有序排列的快速频率有序小波包算法,提出了小波包时频分析法、小波包时频能量谱分析法,并提出了基于神经网络主成分分析的高维小波损伤特征向量降维方法。实验结果表明,上述成果解决了“小波包变换-神经网络”智能损伤检测模式的若干理论细节问题,使该模式在改进和完善中趋于完备化。 (2)建立了频响函数(实、复)曲率、振动传递率(实、复)曲率动力指纹,在此基础上构建了系统的结构传递特性动力指纹理论,还提出了结构传递特性动力指纹(复函数性)的合理小波变换算法。实验结果表明,所建动力指纹不受荷载谱影响、工程适应性强,所建动力指纹理论与小波变换算法为发展实用性强的结构动力无损检测技术提供了理论支撑。 (3)提出了解析小波域能量密度谱、实小波域模谱和模极大谱,三谱相辅的应力波连续小波域谱分析理论,并建立了解析Morlet和实Marr小波优势结合的谱分析理论基本实施方法,以及基于Morlet小波扩展特性和改进标准Morlet和Marr的谱分析理论扩展实施方法。所提理论比现有的应力波小波分析理论更适合应力波传播无损检测的工程要求,且所提理论与方法成功用于构建基础介质损伤特征辨识技术路线。 (4)针对分形损伤检测理论的弊端,提出了小波与分形优势融合的“小波挖掘损伤信息,分形提取损伤特征”的结构动力无损检测思路。为了实施该思路,提出了频率-时间有序且无抽值采样的小波包变换算法,进而提出了该小波算法与关联维优势融合的结构动力无损检测方法。实验结果表明,所提小波包算法为分形合理地用于结构无损检测创造了良好条件,且所提思路及方法消除了现有分形损伤检测理论的弊端,将其提升到一个新的水平。 (5)在小波变换检测钢筋混凝土梁疲劳损伤的实验中,将频域的频响函数、振动传率的概念延伸到小波域,建立了小波域结构传递特性动力指纹:解析小波时频响应谱、解析小波时频传递谱,并针对实验中发现的解析小波时频响应谱中的非线性异常现象,提出了非线性动力学特征小波辨识的自治性动力无损检测方法。所建动力指纹为构建小波域模态分析理论提供了重要支撑,所提方法突破线性范畴进行损伤检测,对非线性特征明显的土木水利工程具有较强适用性。
【学位授予单位】:河海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TV698.2

【引证文献】
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2 徐强;吸毒者脉象信号识别方法的研究[D];重庆大学;2008年
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5 吕淼;空间钢结构损伤识别研究[D];西安建筑科技大学;2010年
6 万璞佳;基于模态分析和神经网络技术的框架结构损伤识别研究[D];西安建筑科技大学;2012年
【参考文献】
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1 常旭,刘伊克;Hausdorff分数维识别地震道初至走时[J];地球物理学报;1998年06期
2 高静怀,汪文秉,朱光明,彭玉华,王玉贵;地震资料处理中小波函数的选取研究[J];地球物理学报;1996年03期
3 陆秋海,李德葆,张维;利用模态试验参数识别结构损伤的神经网络法[J];工程力学;1999年01期
4 姜绍飞,钟善桐;神经网络在结构工程中的应用[J];哈尔滨建筑大学学报;1998年06期
5 刘东甲;完整桩瞬态纵向振动的模拟计算[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2000年05期
6 胡昌华,张军波,李学锋;一种基于小波和人工神经网络的故障检测与诊断方法[J];航天控制;2000年02期
7 王靖涛;桩基应力波检测的小波分析[J];中国科学E辑:技术科学;2003年01期
8 丁宇新,沈雪勤;基于能量密度的小波神经网络[J];计算机学报;1997年09期
9 秦卫阳,孟光;采用小波方法计算关联维数[J];机械科学与技术;2000年06期
10 刘贵立,张国英;基于小波包的遗传神经网络故障诊断系统研究[J];机械工程学报;2000年09期
【共引文献】
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1 淡丹辉,何广汉;智能桥梁结构的智能计算方案及其初步实现[J];四川建筑科学研究;2002年04期
2 袁昕,谢慧才,陈高峰;建筑物外墙饰面砖粘贴质量的红外热像检测试验研究[J];四川建筑科学研究;2003年02期
3 陈辉国,石少卿,黄双杰;桩基完整性动测试验时域曲线的模拟及反演[J];四川建筑科学研究;2004年01期
4 王利恒;周锡元;阎维明;;结构损伤检测方法的一些新进展[J];四川建筑科学研究;2005年06期
5 蔡来炳;周红波;;预应力高强混凝土管桩缺陷类型的动力试验分析[J];四川建筑科学研究;2006年02期
6 吴体;肖承波;熊峰;;建筑结构中的振动问题与对策[J];四川建筑科学研究;2006年06期
7 刘青峰;尹久仁;;神经网络智能诊断技术在混凝土结构中的理论实现与展望[J];四川建筑科学研究;2007年01期
8 张华智;冯毅芳;;利用小波分析方法识别结构模态参数[J];四川建筑科学研究;2007年06期
9 冉志红;李乔;;基于分形的结构损伤识别方法研究[J];四川建筑科学研究;2008年06期
10 胡潇;钱永久;段敬民;;钢管混凝土结构抗震性能的比较研究[J];四川建筑科学研究;2009年01期
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1 施式亮;何利文;伍爱友;李润求;;基于分形学的瓦斯爆炸事故时序数据分析模型及应用[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 谢永;蔡国平;刘松;;基于输入和输出数据的柔性板的时域空间建模与主动控制研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 王树彬;黄鹤;韩笑冬;王执铨;;一种基于细化故障的容错控制设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 慕香永;裴润;刘志林;王经甫;;基于小波分析的船舶舵机加载系统多余力研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 张明星;柳亦兵;辛卫东;;基于时域方法的核电站沸水反应堆试验模态参数识别[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 杜健;费保俊;刘颖;潘高田;姚国政;;基于神经网络的导航装备维修能力评估研究[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
7 周春桂;谢石林;胡杰;张希农;;基于有限元和神经网络的杂交建模研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
8 袁旭东;周晶;;一种基于神经网络结构损伤识别组合参数法研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
9 王国兴;李华军;潘新颖;;小波包分析在结构损伤时间识别及结构模态参数识别中的应用[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
10 冉景洪;季辰;刘子强;赵玲;;机翼风洞颤振试验模型的地面振动实验研究[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
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1 王咏胜;复数轮廓波变换的构造、扩展及其图像处理应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
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3 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
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7 谭林;基于动力指纹的结构损伤识别可靠度方法研究[D];华南理工大学;2010年
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10 郭磊;车用动力总成结构振动噪声的虚拟预测与分析技术研究[D];浙江大学;2009年
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1 张伟杰;高层建筑和高耸结构的简化动力分析[D];河南理工大学;2010年
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3 李洪琴;基于振动模态分析和BP网络的桥梁损伤识别研究[D];山东科技大学;2010年
4 陈林;基于GIS的流域水文数据的时空分析[D];山东科技大学;2010年
5 田禹;煤岩双相介质弹性波场数值模拟[D];山东科技大学;2010年
6 张磊涛;HHT在结构健康监测中的应用研究[D];浙江理工大学;2010年
7 袁英保;基于分层沉降试验的复合地基变形问题研究[D];郑州大学;2010年
8 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
9 李科;地下工程结构耐久性分析与评价[D];郑州大学;2010年
10 赵乐乐;在役桥梁结构健康诊断与寿命预测技术研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 张育智;何伟;李乔;单德山;;用于结构损伤识别的神经网络输入选取规则探究[J];四川建筑科学研究;2010年01期
2 赵同光;微机在脉象测量分析中的应用[J];鞍山钢铁学院学报;1995年02期
3 李永梅;周锡元;高向宇;耿麟;赵胥英;;柔度曲率法对梁结构的损伤诊断[J];北京工业大学学报;2008年11期
4 汤伟昌,孙汉钧;ZMH-I型中医脉象传感器的研究设计[J];传感器技术;1990年01期
5 张东青,王元昔;新型自检脉搏传感器的研制[J];传感器技术;2001年05期
6 杨和振,李华军,王树青;Damage Localization of Offshore Platforms Under Ambient Excitation[J];China Ocean Engineering;2003年04期
7 曹水东;李传习;徐飞鸿;张建仁;;基于结构柔度矩阵损伤识别的柔度曲率比法[J];长沙电力学院学报(自然科学版);2006年01期
8 瞿伟廉,陈伟;多层及高层框架结构地震损伤诊断的神经网络方法[J];地震工程与工程振动;2002年01期
9 李宏男,李东升;土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评[J];地震工程与工程振动;2002年03期
10 瞿伟廉,谭冬梅,汪菁,滕军;基于神经网络的大型空间网架结构的有限元模型修正[J];地震工程与工程振动;2003年04期
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1 姜绍飞;倪一清;高赞明;;基于概率神经网络的青马悬索桥损伤定位的仿真研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
2 施诚;;谈谈中医脉象研究[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
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1 袁旭东;基于不完备信息土木工程结构损伤识别方法研究[D];大连理工大学;2005年
2 李林;剪切型框架结构损伤检测的数值与试验研究[D];华中科技大学;2005年
3 张清华;基于概率可靠度的结构损伤识别理论研究及应用[D];西南交通大学;2006年
4 胡志坚;基于Al的RC梁桥技术状态评估专家系统研究[D];同济大学;2006年
5 冉志红;桥梁结构损伤识别的动力指纹方法研究[D];西南交通大学;2007年
6 孙砚飞;基于光纤光栅传感的桥梁损伤识别与评估系统研究[D];武汉理工大学;2008年
7 杨雅勋;基于动力测试的桥梁结构损伤识别与综合评估理论研究[D];长安大学;2008年
8 王英;基于人工智能方法的预应力混凝土梁式桥损伤识别研究[D];西南交通大学;2009年
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1 杨璐;基于多模态参数结构损伤识别方法研究[D];沈阳工业大学;2003年
2 田永常;BP网络法在钻头配方设计中的应用研究[D];中国地质大学;2003年
3 武星星;神经网络解决机械加工误差复映的应用研究[D];吉林大学;2004年
4 沈东强;基于神经网络的土木工程结构损伤识别方法研究[D];武汉大学;2004年
5 徐凌;基于小波分析的网络业务的研究[D];天津大学;2003年
6 李义;混凝土桥梁结构损伤及损伤加固[D];合肥工业大学;2004年
7 岳艳芳;基于动力分析的结构损伤检测方法研究[D];东南大学;2004年
8 翁光远;基于神经网络技术的结构损伤检测理论与应用研究[D];西安建筑科技大学;2005年
9 何长军;基于应变模态的神经网络结构损伤诊断研究[D];燕山大学;2004年
10 游春华;基于模态技术的损伤识别[D];武汉大学;2005年
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1 彭磊;贾莹媛;杨富春;杨志文;;基于SVDD的变形监测数据可靠性分析研究[J];北京测绘;2012年01期
2 宗周红;牛杰;王浩;;基于模型确认的结构概率损伤识别方法研究进展[J];土木工程学报;2012年08期
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1 胡晓娟;中医脉诊信号感知与计算机辅助识别研究[D];华东师范大学;2013年
2 雷家艳;基于随机动力响应互相关函数分析的结构损伤识别方法研究[D];北京交通大学;2011年
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1 幸静;采用转角信息重构的梁式结构损伤识别[D];重庆大学;2011年
2 曹汉;希尔伯特—黄变换在脉象信号分析中的应用[D];重庆大学;2010年
3 钱晓东;基于柔性计算的海洋平台故障诊断研究[D];济南大学;2012年
4 李超;网架结构焊接空心球节点损伤检测研究[D];河北科技大学;2012年
5 郝龙龙;塔式起重机塔身损伤研究[D];山东建筑大学;2013年
6 赵静;基于互信息的EEG脑功能网络研究[D];西安电子科技大学;2013年
7 陈家宝;基于加速度传递率函数的结构损伤识别研究[D];青岛理工大学;2013年
【二级参考文献】
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1 孙健,邱阿瑞;运用人工神经网络诊断电机轴承故障[J];电工电能新技术;1996年04期
2 刘式达;地球系统模拟和混沌时间序列[J];地球物理学报;1990年02期
3 常旭,刘伊克;Hausdorff分数维识别地震道初至走时[J];地球物理学报;1998年06期
4 高静怀,汪文秉,朱光明,彭玉华,王玉贵;地震资料处理中小波函数的选取研究[J];地球物理学报;1996年03期
5 申维,赵鹏大;分形统计模型的理论研究及其在地质学中的应用[J];地质科学;1998年02期
6 李后强;汪富泉;;多重分形:热力学类比、相变和子波变换[J];大自然探索;1991年02期
7 焦李成,保铮;子波理论与应用:进展与展望[J];电子学报;1993年07期
8 梁化楼,戴贵亮;人工神经网络与遗传算法的结合:进展及展望[J];电子学报;1995年10期
9 陈国良,韩文廷;人工神经网络理论研究进展[J];电子学报;1996年02期
10 张晓平,田立生,彭应宁;从时频分布到连续子波变换[J];电子科学学刊;1994年06期
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1 史文海;黄斌;;复杂结构动力问题分析中的高精度单元[J];中国水运(学术版);2006年10期
2 张俊胜;土-结构动力相互作用的研究方法和发展趋势[J];国外建材科技;2005年01期
3 赵文国;刘庆潭;李雅萍;;土—结构动力相互作用问题的理论研究综述及新进展[J];华东公路;2010年03期
4 秦荣;;结构动力问题的样条函数方法[J];广西大学学报(自然科学版);1983年01期
5 林皋;;土—结构动力相互作用[J];世界地震工程;1991年01期
6 唐小兵,潘传富;结构动力修改研究的几个问题[J];武汉汽车工业大学学报;1997年04期
7 丁海平,廖振鹏;线性土-结构动力相互作用时域-频域联合解法[J];地震学报;2001年04期
8 肖志毅;罗兆辉;钟平;朱宏伟;;软土地基土—结构动力相互作用的若干问题[J];河北建筑工程学院学报;2006年01期
9 贾水钟;楼梦麟;;上海科维大厦结构动力模态测试分析[J];工业建筑;2007年09期
10 刘昱彤;;土—结构动力相互作用的研究方法进展[J];山西建筑;2010年19期
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1 李桂青;;工程结构动力可靠性理论述评[A];工程结构可靠性——中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第七届学术会议论文集[C];1987年
2 宰金珉;庄海洋;陈国兴;;对土-结构动力相互作用研究若干问题的思考[A];防震减灾工程研究与进展——全国首届防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2004年
3 王冠军;鹿晓阳;王鹏;;结构动力优化设计发展与展望[A];山东土木建筑学会建筑结构专业委员会2008年学术年会论文集[C];2008年
4 安立刚;王强;马玉虎;张杰;;土-结构动力相互作用研究进展综述[A];土木工程建造管理(4)[C];2009年
5 杨旭;;结构动力优化设计的最大熵方法[A];第五届全国结构工程学术会议论文集(第二卷)[C];1996年
6 李杰;陈隽;;高层建筑结构动力复合反演问题研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
7 黄君宁;徐礼华;;土-结构动力相互作用对框-剪结构动力特性影响分析[A];防震减灾工程研究与进展——全国首届防震减灾工程学术研讨会论文集[C];2004年
8 宿金成;王幼清;;接触非线性对土-结构动力相互作用的影响[A];第六届全国防震减灾工程学术研讨会论文集(Ⅰ)[C];2012年
9 杨萍;;转子系统结构动力修改的灵敏度方法[A];数学·物理·力学·高新技术研究进展(一九九六·第六期)——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第6届学术研讨会论文集[C];1996年
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1 南京市商务局副局长 何小庆;夯实稳增长基础 增添调结构动力[N];国际商报;2013年
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1 付佳;地震激励下层状半空间土—结构动力相互作用[D];天津大学;2012年
2 尹华伟;土-结构动力相互作用的计算方法研究[D];湖南大学;2005年
3 王志华;大型工程土与结构动力相互作用的理论和试验研究[D];河海大学;2005年
4 桂冰;结构动力模型修正的数学理论与方法[D];南京航空航天大学;2005年
5 黄永辉;基于实时计算方法的结构动力快速分析方法及其应用研究[D];湖南大学;2008年
6 夏栋舟;土—结构动力相互作用(SSDI)体系阻尼性能及其地震反应分析与研究[D];湖南大学;2009年
7 朱彤;结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究[D];大连理工大学;2004年
8 肖晓春;地震作用下土—桩—结构动力相互作用的数值模拟[D];大连理工大学;2003年
9 朱志辉;土—箱基—框架结构动力相互作用的试验研究与理论分析[D];湖南大学;2006年
10 曹茂森;基于动力指纹小波分析的结构损伤特征提取与辨识基本问题研究[D];河海大学;2005年
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1 陈婉若;土—多层框架结构动力相互作用试验研究[D];湖南大学;2013年
2 王泽明;土—结构动力相互作用对结构控制的影响[D];天津大学;2004年
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4 程沙沙;结构动力优化设计的进化策略方法[D];广西大学;2012年
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6 逄炳政;考虑动力相互作用影响的调谐减振控制研究[D];湖南大学;2009年
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