基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時變參數(shù)識別研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工程技術(shù)快速發(fā)展，各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)。在不同荷載、工作環(huán)境等因素作用下，工程結(jié)構(gòu)的時變及非線性特性不容忽視。例如，由大跨度體育場館與看臺的觀眾組成的時變結(jié)構(gòu)體系，超高層建筑承受風(fēng)荷載所表現(xiàn)出來的時變動力特性。此外，對于目前應(yīng)用較為廣泛的隔震建筑，由于其結(jié)構(gòu)形式的特殊性，在其全壽命過程中也表現(xiàn)出明顯的時變非線性特性。這不僅對設(shè)計理論、施工技術(shù)提出了新的要求，同時也對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提出了更高的要求。作為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要研究內(nèi)容

2、，時變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及非線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的參數(shù)識別問題已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)問題，并且具有很高的研究價值。本文主要以時變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及非線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為研究對象，基于小波分析理論對其參數(shù)識別展開深入研究，主要工作包括以下幾個方面：
　　為解決時變結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識別問題，在短時時不變假定條件下，提出了一種基于連續(xù)小波變換的時變模態(tài)參數(shù)識別方法。選用隨機(jī)沖擊激勵作為輸入，僅對輸出響應(yīng)進(jìn)行小波變換，根據(jù)小波脊線提取每一時刻的頻率、阻尼及振型，分析表明，該方法適

3、用于阻尼較大的慢時變結(jié)構(gòu)體系。通過設(shè)計質(zhì)量具有時變性的兩層鋼框架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動力測試試驗(yàn)，驗(yàn)證方法的正確性。
　　在傳統(tǒng)頻響函數(shù)（FRF）基礎(chǔ)上，利用小波時頻分析手段，引入小波頻響函數(shù)（W-FRF）的概念，將時不變頻響函數(shù)拓展到時變頻響函數(shù)，采用W-FRF能夠正確揭示系統(tǒng)的動力特性。將W-FRF與迭代最小二乘算法相結(jié)合，提出一種時變結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識別方法。分析表明，該方法能夠比較準(zhǔn)確的識別頻率與振型的時變性，并對影響W-FRF估計精

4、度的因素進(jìn)行分析。
　　針對時變結(jié)構(gòu)物理參數(shù)識別問題，建立了一套基于WMRA的時變物理參數(shù)識別方法。從函數(shù)空間剖分的角度，對時變參數(shù)進(jìn)行小波多分辨率近似展開，將時變物理參數(shù)識別問題轉(zhuǎn)化為多元線性回歸模型中時不變小波重構(gòu)系數(shù)的估計問題。對該方法的抗噪性、分解尺度、模型選擇、基函數(shù)選擇及采樣頻率等影響算法魯棒性的關(guān)鍵問題進(jìn)行系統(tǒng)分析。將最優(yōu)分解尺度選擇問題看作模型定階與回歸因子對模型貢獻(xiàn)量的問題，采用正交前向回歸算法與正則化最小二乘相

5、結(jié)合（OFR-RLS）能夠有效提高算法的識別精度。待識別參數(shù)的頻域特性對分解尺度選擇有很大的影響，在一定條件下，通過提高采樣頻率可以提高識別精度。
　　對描述結(jié)構(gòu)非線性的Bouc-wen模型進(jìn)行系統(tǒng)分析。采用單參數(shù)比例變化法對廣義Bouc-wen模型進(jìn)行了參數(shù)靈敏度分析，給出其對滯回曲線影響的一般規(guī)律。以經(jīng)典Bouc-wen模型為研究對象，理論分析了不同參數(shù)取值下系統(tǒng)所表現(xiàn)出的軟或硬特性。按照線性體系動力特性研究思路，分析簡諧激勵

6、下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)最大幅值與輸入激勵頻率之間的關(guān)系，并采用諧波畸變與FRF畸變等方法判斷結(jié)構(gòu)的非線性狀態(tài)。
　　以典型的具有時變及非線性特性的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)為研究對象，提出了用于定性分析隔震支座非線性狀態(tài)的小波系數(shù)能量比指標(biāo)(WCER)。其次，結(jié)合三階有效差分方法建立了基于WMRA的基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)有、無模型參數(shù)識別方法，該方法能夠有效地識別結(jié)構(gòu)參數(shù)及非線性特性。最后，借助串聯(lián)隔震體系振動臺模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示了串聯(lián)隔震體系時變動力特性；采