基于四元數(shù)小波變換的結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測研究.pdf

1、基于振動的狀態(tài)檢測是目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的主要方法之一，而大部分基于振動的結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測方法需要激勵已知（可測）或激勵為白噪聲。但在實際工程應(yīng)用中，不可能總是滿足上述條件。因此，在激勵不可測或不易測時，僅基于結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行狀態(tài)檢測就顯得尤為重要。
　　基于結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的狀態(tài)檢測主要分為兩個階段:一是探尋一種可以有效反映結(jié)構(gòu)振動特性的狀態(tài)特征;二是選擇一種合理的狀態(tài)特征識別方法來完成結(jié)構(gòu)的狀態(tài)檢測。振動傳遞率(TF)反映了振動在結(jié)構(gòu)兩測點之

2、間的傳遞規(guī)律，是典型的僅基于響應(yīng)的狀態(tài)特征。在已有的基于TF的狀態(tài)檢測中，通常利用單軸傳感器采集振動信號，由單通道信號計算得到的TF可能隨傳感器安裝姿態(tài)的變化而偏離理論值，甚至導(dǎo)致誤識別;而在狀態(tài)特征識別時，多考慮訓(xùn)練樣本的測試不確定性，而少有考慮單測試樣本的測量不確定性問題。針對上述兩個問題，本文提出了基于四元數(shù)小波變換（QWT）結(jié)合四元數(shù)傳遞率(QTJT)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測方法，并基于無砟軌道結(jié)構(gòu)實驗平臺對該方法進(jìn)行了驗證。本文主要工作

3、如下:
　　(1)采用ABAQUS軟件建立了無砟軌道結(jié)構(gòu)的有限元模型，在沖擊載荷作用下以松脫不同數(shù)量扣件模擬軌道結(jié)構(gòu)的不同狀態(tài)，提取不同狀態(tài)下鋼軌的振動信號，分別在時、頻域與實測振動信號對比，對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了驗證。并利用軌道結(jié)構(gòu)模型得到的振動信號驗證QTJT的可重復(fù)性，進(jìn)而驗證了將QTJT用于結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測是可行的。
　　(2)在實驗平臺上以松脫不同數(shù)量扣件模擬鋼軌不同狀態(tài)，利用兩個三軸傳感器采集鋼軌的振動信號，計算得到QTJ

4、T模值，分別利用QWT、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、非負(fù)矩陣分解(NMF)以及K-L(Karhunen-Loeve)變換提取了不同狀態(tài)下的特征向量，并分別構(gòu)造訓(xùn)練樣本和測試樣本，進(jìn)行鋼軌不同狀態(tài)下的狀態(tài)識別，本次試驗結(jié)果表明:QWT在參與比較的方法中綜合最優(yōu)。
　　(3)利用液壓鋼軌拉伸機(jī)對鋼軌施加不同大小的拉應(yīng)力，模擬鋼軌縱向溫度力的變化，同時將縱向溫度力和松脫扣件耦合得到鋼軌不同狀態(tài)，計算每種狀態(tài)下的QTJT模值，采用QWT方法進(jìn)行鋼軌