土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的損傷識(shí)別技術(shù)

近期的自然災(zāi)害顯示，對(duì)土木工程基礎(chǔ)設(shè)施的安全及功能狀態(tài)進(jìn)行快速評(píng)估的迫切性。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是傳感器獲取的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，并在多次學(xué)術(shù)會(huì)議上被認(rèn)為是健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最為薄弱的環(huán)節(jié)。此項(xiàng)研究將發(fā)展創(chuàng)新而有效的對(duì)土木工程設(shè)施健康診斷數(shù)據(jù)處理的最新方法，從健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)出發(fā)，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別和損傷診斷，特別要開發(fā)適合于土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)處理軟件模塊。所要開發(fā)的方法將基于并結(jié)合：（1）近年新發(fā)展的HHSA對(duì)非線性數(shù)據(jù)分析方法，（2）土木結(jié)構(gòu)設(shè)施，工程設(shè)計(jì)原理及損傷模型，（3）發(fā)展各種新的時(shí)域分析理論及技術(shù)以進(jìn)行在各種情況下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識(shí)別，損傷檢測(cè)及追蹤。此項(xiàng)研究不同于以往的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其獨(dú)特性在于能從測(cè)量的響應(yīng)信號(hào)中提取固有的非線性和非穩(wěn)態(tài)特性。預(yù)計(jì)此項(xiàng)研究結(jié)果將對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)在線或離線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的損傷識(shí)別技術(shù)現(xiàn)狀及其廣泛的工程應(yīng)用，可能產(chǎn)生較大的影響。 2100433B

第1章橋梁健康監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)

1.1土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)的重要性

1.2結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和損傷識(shí)別的發(fā)展

1.3國(guó)內(nèi)外對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀

1.4大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

1.5結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的損傷識(shí)別方法

第2章基于小波分析的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)策略

2.1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵性問(wèn)題

2.2多尺度分析理論

2.3小波分析理論

2.4面向?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)策略

第3章結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)的多尺度分析

3.1損傷識(shí)別的動(dòng)力系統(tǒng)模型分析

3.2單自由度模型的結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)多尺度分析

3.3多自由度模型的結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)多尺度分析

3.4結(jié)構(gòu)損傷的時(shí)變系統(tǒng)分析及其狀態(tài)空間模型

3.5結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的數(shù)值仿真研究

第4章實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警

4.1結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警的目的及重要性

4.2多尺度損傷預(yù)警的理論基礎(chǔ)和小波基的選取

4.3應(yīng)用小波分析對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行去噪的方法

4.4基于小波變換的損傷預(yù)警研究

第5章?lián)p傷特征提取及模式分類方法

5.1結(jié)構(gòu)損傷的模式識(shí)別問(wèn)題

5.2損傷信息的小波包特征提取方法

5.3基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的損傷模式分類

第6章基于信息融合的損傷確認(rèn)、定位及定量

6.1結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的多傳感器信息融合

6.2損傷識(shí)別的耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合算法

6.3結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的模型實(shí)驗(yàn)

6.4損傷特征的提取和數(shù)據(jù)層融合

6.5結(jié)構(gòu)損傷的確認(rèn)、定位及定量

第7章未來(lái)的技術(shù)展望

參考文獻(xiàn)2100433B

作者郭健結(jié)合幾個(gè)大型橋梁健康監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)研發(fā)，過(guò)去對(duì)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法開展深入的研究工作中，閱讀了大量國(guó)外和國(guó)內(nèi)的相關(guān)文獻(xiàn)，包括從航天航空、機(jī)械等領(lǐng)域到土木工程領(lǐng)域的研究成果。經(jīng)過(guò)綜合分析后認(rèn)為：如果把橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行損傷識(shí)別，那么最關(guān)鍵的是對(duì)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)中所包含系統(tǒng)參數(shù)信息的深度挖掘和認(rèn)識(shí)。因此，《大型橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及損傷識(shí)別理論》選取了小波分析作為工具，結(jié)合系統(tǒng)辨識(shí)、模式識(shí)別和人工智能等學(xué)科理論，提出了基于多尺度分析和信息融合的思想來(lái)實(shí)現(xiàn)損傷識(shí)別，并完成了一個(gè)完整的理論和試驗(yàn)研究。在研冤過(guò)程中，作為“數(shù)學(xué)顯微鏡”的小波分析以其深炯的哲學(xué)意義吸引了我，即：通過(guò)多個(gè)不同尺度的相互結(jié)合來(lái)觀察和分析事物的全貌和細(xì)節(jié)，能使我們更容易更清晰地觀察事物發(fā)展的規(guī)律，獲得更為完整的認(rèn)識(shí)。正如數(shù)學(xué)界所言“世界無(wú)處不小波”，小波分析在橋梁健康監(jiān)測(cè)和損傷識(shí)別領(lǐng)域的應(yīng)用還有很大的空間。

土木工程結(jié)構(gòu)使用期長(zhǎng)，在環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)、疲勞效應(yīng)和突變效應(yīng)等災(zāi)害因素的共同作用下將不可避免地出現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷累積和抗力衰減，極端情況下易引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。因此，檢測(cè)和診斷土木工程結(jié)構(gòu)的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，對(duì)可能出現(xiàn)的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，評(píng)估服役結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性、耐久性和適用性，已得到國(guó)內(nèi)外科技和產(chǎn)業(yè)部門的高度重視，并已成為土木工程和防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力測(cè)試的損傷識(shí)別方法和數(shù)字信號(hào)分析技術(shù)相結(jié)合，正逐步成為工程結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的重要手段。土木工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試精度低、結(jié)構(gòu)模型的不確定性以及結(jié)構(gòu)的非線性和時(shí)變性，使得已有的損傷識(shí)別方法在實(shí)際工程應(yīng)用中難以獲得較好的識(shí)別效果。研究適合于識(shí)別非線性和時(shí)變結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法和具有較好抗噪能力、對(duì)模型誤差不敏感的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法是土木工程損傷識(shí)別研奔的發(fā)展方向。