一種基于奇異值分解-小波變換的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用激光掃描測(cè)振儀作為傳感器的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，尤其涉 及一種基于奇異值分解-小波變換的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，屬于梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 梁結(jié)構(gòu)廣泛存在于各種工程應(yīng)用中，然而梁結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)年服役中會(huì)積累細(xì)微損傷， 形成裂縫，危害整體結(jié)構(gòu)的安全可靠運(yùn)行；基于這樣的考慮，近幾十年來(lái)各種無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 得到快速發(fā)展，并且在結(jié)構(gòu)早期損傷診斷和后期安全監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了不可替代的作用。
[0003] 結(jié)構(gòu)振動(dòng)形狀模態(tài)和曲率模態(tài)方法作為簡(jiǎn)單的損傷檢測(cè)方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于梁 結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中；但用小波變換和奇異值分解改進(jìn)傳統(tǒng)的振動(dòng)形狀模態(tài)法，得到新的奇異 值分解-小波變換模態(tài)，并用于檢測(cè)梁結(jié)構(gòu)損傷的研宄還未見(jiàn)報(bào)道。
[0004] 常規(guī)的基于曲率模態(tài)的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法對(duì)于測(cè)試環(huán)境中的噪聲很敏感，在現(xiàn) 場(chǎng)測(cè)試環(huán)境中，很可能會(huì)掩蓋真實(shí)的損傷信息，影響檢測(cè)效果；傳統(tǒng)的振動(dòng)形狀模態(tài)方法， 對(duì)結(jié)構(gòu)微小損傷，特別是早期損傷特征不敏感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于奇異值分解_小波變換的梁結(jié)構(gòu)損 傷檢測(cè)方法；在振動(dòng)形狀模態(tài)方法的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一個(gè)基于奇異值分解-小波變換振動(dòng) 形狀模態(tài)的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法；相比于曲率模態(tài)和傳統(tǒng)的振動(dòng)形狀模態(tài)方法，本方法不 僅可以消除環(huán)境噪聲的影響，還能加強(qiáng)損傷信息的特征；快速、準(zhǔn)確地判斷損傷出現(xiàn)并檢測(cè) 出損傷位置。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于奇異值分解-小波變換的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，包括以下步驟：
[0008] (1)獲取梁結(jié)構(gòu)在固有頻率下的振動(dòng)形狀信號(hào)；
[0009] (2)用墨西哥小波對(duì)振動(dòng)形狀做小波變換得到多尺度小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)； [0010] (3)將奇異值分解作用到多尺度小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)得到奇異值分解-小波變 換振動(dòng)形狀模態(tài)的特征圖像；
[0011] (4)根據(jù)特征圖像中是否出現(xiàn)較大奇異值峰來(lái)判斷梁結(jié)構(gòu)損傷，并沿著奇異值峰 來(lái)確定損傷位置。
[0012] 進(jìn)一步，步驟（1)是用模態(tài)激振器作為力激勵(lì)器在梁結(jié)構(gòu)背面以固有頻率施加正 弦激勵(lì)，同時(shí)用激光掃描測(cè)振儀作為傳感器測(cè)量梁結(jié)構(gòu)正面的振動(dòng)，獲取梁結(jié)構(gòu)在固有頻 率下的振動(dòng)形狀信號(hào)。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：利用分析梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形狀信號(hào)，進(jìn)而判斷是否存在損 傷并定位損傷；本發(fā)明用小波變換和奇異值分解改進(jìn)傳統(tǒng)的振動(dòng)形狀模態(tài)法，得到新的奇 異值分解-小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)方法；相比于傳統(tǒng)的振動(dòng)形狀模態(tài)方法，本方法消除環(huán) 境噪聲影響、加強(qiáng)損傷特征的效果明顯；可與激光掃描測(cè)振儀等先進(jìn)傳感器配套使用，更適 用于噪聲環(huán)境下結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】：
[0014] 圖1為本發(fā)明方法示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例梁結(jié)構(gòu)在第七階固有頻率激勵(lì)下的振動(dòng)形狀；
[0016] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例曲率模態(tài)；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例奇異值分解-小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)的特征圖像一；
[0018]圖5為本發(fā)明實(shí)施例奇異值分解-小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)的特征圖像二。
【具體實(shí)施方式】：
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做具體的介紹。
[0020] 奇異值分解是線性代數(shù)中一種重要的矩陣分解，是矩陣分析中正規(guī)矩陣酉對(duì)角化 的推廣；在信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用；假設(shè)X是一個(gè)mXn的實(shí)數(shù)矩陣其秩為r， 則X的奇異值分解式為：
[0021] X = USVT， (1)
[0022] 其中U是一個(gè)mXm的正交矩陣；V是一個(gè)nXn的正交矩陣；S是一個(gè)mXn的對(duì)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于奇異值分解-小波變換的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 獲取梁結(jié)構(gòu)在固有頻率下的振動(dòng)形狀信號(hào)； (2) 用墨西哥小波對(duì)振動(dòng)形狀做小波變換得到多尺度小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)； (3) 將奇異值分解作用到多尺度小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)得到奇異值分解-小波變換振 動(dòng)形狀模態(tài)的特征圖像； (4) 根據(jù)特征圖像中是否出現(xiàn)較大奇異值峰來(lái)判斷梁結(jié)構(gòu)損傷，并沿著奇異值峰來(lái)確 定損傷位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于奇異值分解-小波變換的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，其 特征在于，步驟（1)是用模態(tài)激振器作為力激勵(lì)器在梁結(jié)構(gòu)背面以固有頻率施加正弦激勵(lì)， 同時(shí)用激光掃描測(cè)振儀作為傳感器測(cè)量梁結(jié)構(gòu)正面的振動(dòng)，獲取梁結(jié)構(gòu)在固有頻率下的振 動(dòng)形狀信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于奇異值分解-小波變換的梁結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，包括以下步驟：（1）獲取梁結(jié)構(gòu)在固有頻率下的振動(dòng)形狀信號(hào)；（2）用墨西哥小波對(duì)振動(dòng)形狀做小波變換得到多尺度小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)；（3）將奇異值分解作用到多尺度小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)得到奇異值分解-小波變換振動(dòng)形狀模態(tài)的特征圖像；（4）根據(jù)特征圖像中是否出現(xiàn)較大奇異值峰來(lái)判斷梁結(jié)構(gòu)損傷，并沿著奇異值峰來(lái)確定損傷位置。本發(fā)明可以消除環(huán)境噪聲的影響，還能加強(qiáng)損傷信息的特征，快速、準(zhǔn)確地判斷損傷，并檢測(cè)出損傷位置。
【IPC分類】G01N29-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104849348
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510244606
【發(fā)明人】曹茂森, 丁之春
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月13日