土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中的損傷識別技術(shù)項目摘要

近期的自然災(zāi)害顯示，對土木工程基礎(chǔ)設(shè)施的安全及功能狀態(tài)進行快速評估的迫切性。健康監(jiān)測系統(tǒng)的一個重要環(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)會議上被認(rèn)為是健康監(jiān)測系統(tǒng)最為薄弱的環(huán)節(jié)。此項研究將發(fā)展創(chuàng)新而有效的對土木工程設(shè)施健康診斷數(shù)據(jù)處理的最新方法，從健康監(jiān)測系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)出發(fā)，對土木工程結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)識別和損傷診斷，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)計原理及損傷模型，（3）發(fā)展各種新的時域分析理論及技術(shù)以進行在各種情況下結(jié)構(gòu)系統(tǒng)識別，損傷檢測及追蹤。此項研究不同于以往的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其獨特性在于能從測量的響應(yīng)信號中提取固有的非線性和非穩(wěn)態(tài)特性。預(yù)計此項研究結(jié)果將對土木工程結(jié)構(gòu)在線或離線健康監(jiān)測系統(tǒng)的損傷識別技術(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)測和結(jié)構(gòu)損傷識別技術(shù)

1.1土木工程結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測的重要性

1.2結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和損傷識別的發(fā)展

1.3國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究現(xiàn)狀

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

1.5結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的損傷識別方法

第2章基于小波分析的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測策略

2.1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的關(guān)鍵性問題

2.2多尺度分析理論

2.3小波分析理論

2.4面向?qū)崟r在線監(jiān)測的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測策略

第3章結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)的多尺度分析

3.1損傷識別的動力系統(tǒng)模型分析

3.2單自由度模型的結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)多尺度分析

3.3多自由度模型的結(jié)構(gòu)動力系統(tǒng)多尺度分析

3.4結(jié)構(gòu)損傷的時變系統(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章實時監(jiān)測中的結(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)用小波分析對測試信號進行去噪的方法

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)損傷的模式識別問題

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)損傷識別中的多傳感器信息融合

6.2損傷識別的耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合算法

6.3結(jié)構(gòu)損傷識別的模型實驗

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章未來的技術(shù)展望

參考文獻2100433B

作者郭健結(jié)合幾個大型橋梁健康監(jiān)測的系統(tǒng)研發(fā)，過去對結(jié)構(gòu)損傷識別方法開展深入的研究工作中，閱讀了大量國外和國內(nèi)的相關(guān)文獻，包括從航天航空、機械等領(lǐng)域到土木工程領(lǐng)域的研究成果。經(jīng)過綜合分析后認(rèn)為：如果把橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)作一個系統(tǒng)來進行損傷識別，那么最關(guān)鍵的是對系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)中所包含系統(tǒng)參數(shù)信息的深度挖掘和認(rèn)識。因此，《大型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)及損傷識別理論》選取了小波分析作為工具，結(jié)合系統(tǒng)辨識、模式識別和人工智能等學(xué)科理論，提出了基于多尺度分析和信息融合的思想來實現(xiàn)損傷識別，并完成了一個完整的理論和試驗研究。在研冤過程中，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：通過多個不同尺度的相互結(jié)合來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。正如數(shù)學(xué)界所言“世界無處不小波”，小波分析在橋梁健康監(jiān)測和損傷識別領(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，在環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長期效應(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，檢測和診斷土木工程結(jié)構(gòu)的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，對可能出現(xiàn)的災(zāi)害進行預(yù)測，評估服役結(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)域的熱點課題。

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