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基于小波分析的二维结构损伤识别方法应用研究

李伟  
【摘要】:梁和板是高速列车车体比较常见的类型,列车在运行过程中,结构部件可能会出现各种损伤。而损伤达到一定程度,就会影响列车运行的安全性,严重时可能导致灾难性的后果,带来巨大的损失。因此,有关车体部件的损伤识别已成为一项重要的研究课题,具有重大的理论意义和工程应用价值。本文介绍了基于小波分析的结构损伤识别研究方法,它具有空间局部化性质,在信号奇异性检测方面有其独特的优势。分析基于小波分析的损伤识别研究现状,总结其优势和目前存在的主要问题,系统阐述了小波分析理论和损伤识别基本原理,通过有限元数值模拟,研究了一维悬臂梁和二维薄板的损伤识别。本文建立了含裂纹悬臂梁有限元模型,通过ANSYS的数值模拟,计算悬臂梁剪切应力,并将其进行一维连续小波变换,由小波系数的局部极大值识别裂纹在空间域上的位置。研究了基于不同小波函数和不同尺度的损伤识别,结果表明将Daubechies (db4)小波用于悬臂梁的裂纹识别,有很好的效果,同时建立了结构的损伤度与小波系数极大值之间的对应关系。本文建立了带损伤二维薄板有限元模型,通过ANSYS数值模拟,计算损伤薄板的各阶模态振型,将其进行二维小波变换,由小波分解的高频系数识别出薄板的损伤位置。研究了基于不同振型和不同小波函数的薄板的损伤识别。结果表明高阶振型对损伤更敏感,Symlets (sym4)小波用于二维结构损伤识别有很好的效果。以1:8高速列车比例车体为应用背景,设计比例车体顶板损伤识别的试验方案,研究了比例车体顶板的单点或多点位置处的损伤识别问题,证明所提二维小波变换识别技术对薄板裂纹损伤检测的有效性。本文以一维悬臂梁和二维薄板的损伤识别为例,利用小波变换理论重点对结构的裂纹参数识别,小波选取,模态选取等问题进行了研究,但该理论对于任意的一维、二维结构都有一定的适用性。该方法原理简单,易操作,具有较高的精度,可以应用于高速列车比例车体梁和板的损伤识别。


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