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

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

摘要：

隨著工程結(jié)構(gòu)規(guī)模和復(fù)雜性的增加，時(shí)變參數(shù)具有更多應(yīng)用，如結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)等。為了更準(zhǔn)確地識(shí)別工程結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)，本文提出了一種基于小波分析的識(shí)別方法。首先，通過(guò)小波變換對(duì)工程結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行分解，得到不同尺度下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)。然后，采用小波能量熵法對(duì)不同尺度下的信號(hào)進(jìn)行能量和熵的計(jì)算。最后，通過(guò)變化率和差分比的計(jì)算，得到結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的時(shí)變特性。

關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu)；時(shí)變參數(shù)；小波分析；模態(tài)參數(shù)；能量熵

1.引言

工程結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)是指結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間段內(nèi)的參數(shù)值發(fā)生變化。時(shí)變參數(shù)有著重要的工程應(yīng)用價(jià)值，例如結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)等。針對(duì)工程結(jié)構(gòu)時(shí)變參數(shù)的識(shí)別問(wèn)題，目前廣泛采用的方法有頻域分析、時(shí)域分析等。然而，這些方法在某些情況下存在計(jì)算復(fù)雜度高、精度低等問(wèn)題。本研究旨在提出一種基于小波分析的方法，以更準(zhǔn)確地識(shí)別工程結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)。

2.小波分析原理

小波分析是一種將信號(hào)分解成不同尺度下的頻率成分的方法。小波分析通過(guò)不同尺度下的小波基函數(shù)來(lái)表示信號(hào)，可以較好地提取信號(hào)的時(shí)頻特性。在工程結(jié)構(gòu)中，小波分析常用于將結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)分解成模態(tài)參數(shù)表示。

3.小波變換分解

為了對(duì)工程結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，首先利用小波變換對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分解。小波變換能夠?qū)⑿盘?hào)分解為不同頻率和不同尺度下的小波系數(shù)。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)男〔ɑ瘮?shù)，可以得到不同尺度下的振態(tài)參數(shù)。在分解的過(guò)程中，可采用多尺度分析方法，逐漸縮小分析的時(shí)間窗口，以提高信號(hào)的分辨率。

4.小波能量熵分析

在獲得不同尺度下的振動(dòng)信號(hào)后，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行能量和熵的計(jì)算。能量和熵是表示信號(hào)特征的重要參數(shù)。能量反映了信號(hào)的強(qiáng)度大小，而熵可以體現(xiàn)信號(hào)的不確定性。通過(guò)小波能量熵分析可以提取信號(hào)的時(shí)變特性，從而獲得結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)。

5.結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)時(shí)變特性分析

通過(guò)計(jì)算不同尺度下的能量和熵，可以得到結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的時(shí)變特性。在時(shí)變特性分析中，可以利用變化率和差分比等指標(biāo)來(lái)描述模態(tài)參數(shù)的變化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行時(shí)變特性分析，可以獲得結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)信息。

6.實(shí)驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證基于小波分析的時(shí)變參數(shù)識(shí)別方法的有效性，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)研究。以某橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)為例，利用小波分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行分解和識(shí)別。通過(guò)與傳統(tǒng)方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，基于小波分析的方法能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)。

7.結(jié)論

本研究提出了一種基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時(shí)變參數(shù)識(shí)別方法，通過(guò)小波變換和小波能量熵分析，可以獲得結(jié)構(gòu)的時(shí)變特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在識(shí)別工程結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步完善該方法，提高其穩(wěn)定性和可靠性，以滿足工程實(shí)際的需求。

通過(guò)本研究基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時(shí)變參數(shù)識(shí)別方法，我們可以準(zhǔn)確獲得結(jié)構(gòu)的時(shí)變特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在識(shí)別工程結(jié)構(gòu)的時(shí)變參數(shù)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)計(jì)算不同尺度下的能量和熵，我們可以得到結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的時(shí)變特性，并通過(guò)變化率和差分比等指標(biāo)來(lái)描述其變化趨