小波分析在土木工程結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的應(yīng)用

第1章　緒論

1.1　小波分析簡(jiǎn)介

1.2　結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別

1.3　小波分析與結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別

第2章　小波分析基本理論-

2.1　概述

2.2　傅里葉變換

2.3　短時(shí)傅里葉變換

2.4　連續(xù)小波變換

2.4.1　定義

2.4.2　連續(xù)小波變換的時(shí)間一尺度特性

2.4.3　連續(xù)小波變換的時(shí)間一頻率特性

2.4.4　連續(xù)小波變換的反演

2.5　離散小波變換

2.6　小波框架

2.6.1　小波框架的定義

2.6.2　信號(hào)的重建

2.7　多分辨率分析

2.7.1　多分辨率分析的空間剖分

2.7.2　雙尺度方程

2.7.3　Mallat算法

2.8　小波包分析

2.8.1　小波包的定義及性質(zhì)

2.8.2　小波包的空間分解

2.8.3　小波包算法

第3章　基于多尺度理論的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別

3.1　概述

3.2　動(dòng)態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)方程的多尺度變換

3.2.1　動(dòng)態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)方程

3.2.2　信號(hào)的多尺度表示

3.2.3　狀態(tài)方程的多尺度分解

3.2.4　噪聲在小波分解下的特性

3.3　結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)的多尺度損傷識(shí)別

3.4　多尺度參數(shù)卡爾曼濾波

3.4.1　卡爾曼濾波基本理論

3.4.2　參數(shù)卡爾曼濾波

3.4.3　多尺度參數(shù)卡爾曼濾波

3.5　多尺度非線性最小二乘辨識(shí)

3.5.1　框架結(jié)構(gòu)模型的靜力凝聚

3.5.2　積分算子變換法

3.5.3　多尺度非線性最小二乘辨識(shí)

3.6　分頻段加權(quán)最小二乘辨識(shí)

3.6.1　結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)多尺度分析

3.6.2　分頻段加權(quán)最小二乘辨識(shí)

3.7　小結(jié)

第4章　基于小波包能量特征向量的損傷識(shí)別

4.1　概述

4.2　結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的小波包能量特征向量

4.3　基于小波包能量特征向量的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別原理

4.4　基于小波包能量特征向量的損傷特征指標(biāo)

4.5　環(huán)境激勵(lì)下的損傷識(shí)別

4.6　小波包基的選擇與分解層數(shù)的確定

4.7　小結(jié)

第5章　基于小波奇異性理論的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法

5.1　概述

5.2　信號(hào)奇異性的有關(guān)定義和性質(zhì)

5.3　用小波變換識(shí)別奇異點(diǎn)特征

5.4　檢測(cè)奇異性的小波基的選擇

5.5　利用振型識(shí)別梁的裂縫

5.5.1　含裂縫簡(jiǎn)支梁的識(shí)別

5.5.2　梁局部剛度降低所引起的損傷的識(shí)別

……

第6章　基于Morlet 小波變換的結(jié)構(gòu)識(shí)別

第7章　基于改進(jìn)L-P小波的時(shí)變模態(tài)參數(shù)識(shí)別

第8章　基于小波基涵數(shù)的結(jié)構(gòu)時(shí)變物理參數(shù)識(shí)別

參考文獻(xiàn)2100433B

土木工程結(jié)構(gòu)使用期長(zhǎng)，在環(huán)境侵蝕、材料老化和荷載的長(zhǎng)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(cè)和診斷土木工程結(jié)構(gòu)的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，對(duì)可能出現(xiàn)的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，評(píng)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(guó)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(diǎn)課題。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力測(cè)試的損傷識(shí)別方法和數(shù)字信號(hào)分析技術(shù)相結(jié)合，正逐步成為工程結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的重要手段。土木工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(shí)變性，使得已有的損傷識(shí)別方法在實(shí)際工程應(yīng)用中難以獲得較好的識(shí)別效果。研究適合于識(shí)別非線性和時(shí)變結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別方法和具有較好抗噪能力、對(duì)模型誤差不敏感的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法是土木工程損傷識(shí)別研奔的發(fā)展方向。

結(jié)構(gòu)振動(dòng)是土木工程中常見的問題，結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析的主要任務(wù)就是研究輸入動(dòng)荷載、結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)反應(yīng)三者間的關(guān)系。以往的研究方法，一般只能在單純的時(shí)間域或頻率域研究輸入隨機(jī)荷載的二維統(tǒng)計(jì)特性，無法同時(shí)給出時(shí)間-頻率-幅值的三維信息。小波變換由于具有良好的時(shí)頻特性，有助于這一問題的解決。 本書系統(tǒng)的介紹小波理論在結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析中的應(yīng)用，包括利用小波變換理論對(duì)強(qiáng)震、強(qiáng)風(fēng)等非平穩(wěn)隨機(jī)荷載信號(hào)進(jìn)行分析，估計(jì)其時(shí)頻統(tǒng)計(jì)特征，利用小波變換理論進(jìn)行人工地震波、風(fēng)速時(shí)程的模擬，并將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)時(shí)程反應(yīng)分析，以及基于小波變換理論的結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠性估計(jì)等。同時(shí)，也對(duì)小波包理論在荷載特性分析中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

第1章緒論

1.1研究背景及意義

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1隨機(jī)荷載特性分析

1.2.2隨機(jī)荷載模擬

1.2.3基于小波方法的結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析及動(dòng)力可靠性研究

1.3目前存在的問題

1.4本書主要研究?jī)?nèi)容

第2章隨機(jī)過程和小波變換基本理論

2.1概率論基本概念

2.1.1隨機(jī)事件、頻率與概率及事件概率的計(jì)算

2.1.2隨機(jī)變量及其概率分布

2.1.3隨機(jī)變量的數(shù)字特征

2.1.4隨機(jī)變量函數(shù)的分布與數(shù)字特征

2.2隨機(jī)過程基本概念

2.2.1隨機(jī)過程基本概念

2.2.2相關(guān)函數(shù)和功率譜密度函數(shù)

2.2.3各態(tài)歷經(jīng)性

2.3小波變換基本概念

2.3.1傅里葉變換

2.3.2小波變換

2.3.3小波包變換基本概念

第3章基于小波變換的隨機(jī)荷載特性分析

3.1隨機(jī)荷載的描述

3.1.1平穩(wěn)隨機(jī)模型

3.1.2非平穩(wěn)隨機(jī)模型

3.2基于小波變換的平穩(wěn)過程功率譜估計(jì)

3.2.1小波系數(shù)與功率譜之間的關(guān)系

3.2.2傳遞函數(shù)

3.2.3小波變換的功率譜估計(jì)方法

3.2.4算例

3.3基于小波變換的非平穩(wěn)過程時(shí)變功率譜估計(jì)

3.3.1小波系數(shù)與時(shí)變功率譜之間的關(guān)系

3.3.2小波變換的時(shí)變功率譜估計(jì)方法

3.3.3時(shí)變功率譜估計(jì)正確性檢驗(yàn)

3.3.4算例

3.4小結(jié)

第4章基于小波變換的隨機(jī)荷載模擬

4.1概述

4.1.1諧波疊加法

4.1.2線性濾波法

4.2平穩(wěn)過程的隨機(jī)荷載模擬

4.2.1基于離散正交小波逆變換的平穩(wěn)過程模擬算法

4.2.2風(fēng)的基本特性描述

4.2.3算例

4.3非平穩(wěn)過程的隨機(jī)荷載模擬

4.3.1模擬算法

4.3.2地震動(dòng)加速度時(shí)程模擬算例

4.4基于給定樣本的地震動(dòng)加速度時(shí)程調(diào)整與模擬

4.4.1擬合反應(yīng)譜的實(shí)際地震動(dòng)時(shí)程調(diào)整

4.4.2擬合給定記錄的多個(gè)時(shí)程模擬

4.5多點(diǎn)空間相關(guān)性風(fēng)場(chǎng)的模擬

4.5.1空間相關(guān)性風(fēng)場(chǎng)的描述

4.5.2空間相關(guān)性風(fēng)場(chǎng)的模擬算法

4.5.3算例

4.6小結(jié)

第5章基于小波變換的結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析

5.1概述

5.2基于小波變換的結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)計(jì)算方法

5.2.1現(xiàn)有文獻(xiàn)方法

5.2.2改進(jìn)方法

5.2.3算例

5.3基于小波變換的結(jié)構(gòu)反應(yīng)能量分析

5.3.1能量的定義

5.3.2結(jié)構(gòu)輸入與輸出能量的關(guān)系

5.4時(shí)頻特性對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響

5.5小結(jié)

第6章基于小波變換的結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠性分析

6.1結(jié)構(gòu)的首超破壞準(zhǔn)則與可靠性定義

6.2基于首超破壞準(zhǔn)則的動(dòng)力可靠性分析方法

6.2.1泊松假設(shè)下的動(dòng)力可靠性

6.2.2馬爾可夫假設(shè)下的動(dòng)力可靠性

6.2.3多自由度結(jié)構(gòu)的動(dòng)力可靠性

6.3結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的動(dòng)力可靠度計(jì)算實(shí)例

6.3.1結(jié)構(gòu)基本情況

6.3.2計(jì)算步驟

6.3.3計(jì)算結(jié)果分析

6.4小結(jié)

第7章基于小波包變換的隨機(jī)荷載特性分析

7.1基于小波包變換的樹節(jié)點(diǎn)頻帶順序及算法

7.1.1基于小波包變換的頻帶劃分規(guī)則

7.1.2分解層數(shù)與分解路徑

7.1.3小波包分解頻帶排列順序

7.1.4小波包樹節(jié)點(diǎn)與頻帶之間的變換算法

7.1.5實(shí)例驗(yàn)證

7.2基于小波包變換的地震動(dòng)時(shí)變功率譜估計(jì)

7.2.1地震動(dòng)平均功率譜與小波包變換瞬時(shí)功率譜之間的關(guān)系

7.2.2小波包變換的時(shí)變功率譜估計(jì)方法

7.3基于小波包變換的地震動(dòng)加速度時(shí)程模擬

7.3.1基于給定目標(biāo)功率譜的地震動(dòng)加速度時(shí)程模擬算法

7.3.2基于給定歷史記錄的地震動(dòng)加速度時(shí)程模擬與調(diào)整算法

7.4小結(jié)

參考文獻(xiàn) 2100433B