近年來,以振動測試和模態(tài)分析為基礎的結構整體狀態(tài)監(jiān)測技術在機械工程與航空航天工程等領域得到了較為成熟的應用。它是指對整個結構施加某種激勵,然后通過結構動力響應信息的有效采集與分析處理來了解整個結構狀態(tài),其核心是以模態(tài)參數(shù)識別為目標的試驗模態(tài)分析技術。
試驗模態(tài)分析又稱為模態(tài)分析的試驗過程,它是指選擇適當方式激勵試驗結構,通過拾振系統(tǒng)量測與記錄激勵和響應的時間歷程,運用數(shù)字信號處理技術求得結構系統(tǒng)的頻響函數(shù)(傳遞函數(shù))或脈沖響應函數(shù),得到系統(tǒng)的非參數(shù)模型,然后運用參數(shù)識別方法,求得結構系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)(模態(tài)頻率和模態(tài)向量等)和物理參數(shù)(質量、阻尼和剛度矩陣)。
在試驗模態(tài)分析的基礎上,結構整體狀態(tài)監(jiān)測技術根據(jù)結構模態(tài)參數(shù)和物理參數(shù)的變化來把握工程結構的實際性態(tài),從而為結構的維護、維修與管理決策提供依據(jù)和指導。
盡管近些年在機械工程與航空航天工程等領域出現(xiàn)了一些整體狀態(tài)監(jiān)測技術較為成功的應用,然而,由于橋梁、大壩、高層建筑等大型工程結構的模態(tài)參數(shù)(模態(tài)頻率和模態(tài)振型等)對局部損傷不敏感以及易受環(huán)境因素和測量噪聲等影響,以振動測試和模態(tài)分析為基礎的整體狀態(tài)監(jiān)測技術應用于大型土木工程結構卻不能盡如人意。
因此,如何根據(jù)量測得到的結構動力響應來解釋橋梁、大壩、高層建筑等大型工程結構的損傷狀況與安全狀態(tài),仍是土木工程領域面臨的一大挑戰(zhàn)。
近年來,隨著小波分析方法的發(fā)展,基于結構動力響應的小波包能量譜進行結構損傷預警和損傷識別開始得到研究。研究表明,基于小波包能量譜的結構損傷預警方法與結構頻率和振型等模態(tài)參數(shù)相比,具有更好的損傷預警適用性、損傷敏感性和噪聲魯棒性。
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