[发明专利]一种基于曲率模态和离散小波变换的梁构件损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种基于曲率模态和离散小波变换的梁构件损伤识别方法，包括以下步骤；(1)通过数值模拟或动力特性模型试验测量获得梁损伤前、后的一阶位移振型；(2)对梁损伤前、后位移振型采用中心差分法求得梁损伤前、后一阶曲率模态；(3)选用bior6.8小波函数对损伤前、后的一阶曲率模态进行三层离散小波变换，获得损伤前、后的小波系数后作差，得到小波系数差；(4)绘制小波系数差变化曲线，根据小波系数差的突变对梁裂缝位置进行精准定位，并用小波系数差值的大小来估计裂缝损伤程度。本发明较好的克服了现有模态参数指标不能进行损伤程度识别的不足，可应用于古建筑梁的无损检测与损伤程度评估。

技术领域

本发明涉及古建筑木结构技术领域，特别涉及一种基于曲率模态和离散小波变换的梁构件损伤识别方法。

背景技术

作为木结构主要承重构件之一的木梁，其重要性不言而喻。然而，木梁在服役期间不可避免受到环境条件(温度、湿度等)、突发灾害(地震、爆炸等)和人为破坏等因素的影响，木梁容易出现裂缝、腐朽、虫蛀等不同病害特征，进而导致木梁产生局部或整体损伤。木梁损伤的出现不仅导致木结构承载能力降低，还会影响木结构的安全性、适用性和耐久性，严重时会导致整个木结构发生倒塌。木梁由产生裂纹发展至破坏是一个时间过程，如果能够在早期及时的发现损伤并进行补救，就能够避免木结构倒塌的发生。因此，对木梁结构损伤识别的研究具有十分重要的意义。

在结构损伤识别中，首先要解决损伤的时间、空间位置和损伤等级这三个问题。结构损伤会让结构的物理参数发生改变，从而也会让结构的模态参数发生改变。因此，可通过模态参数进行结构损伤识别，如频率法、振型法。但是损伤是一种典型的局部现象，结构固有频率、振型等参数对局部损伤有时并不十分敏感。而小波变换具有在时域和频域内对突变信号进行局部放大的特点，适合分析和识别结构响应中其它方法难以发现的局部损伤信息，检测结构的损伤情况。

现有基于曲率模态的结构损伤识别方法主要有：

(1)徐华东,王立海,胡志栋.运用曲率模态技术的木梁损伤定量识别[J].振动.测试与诊断,2011,31(01):110-114+132-133.

提出一种以低阶曲率模态作为损伤识别指标的结构损伤识别方法。首先获取结构一阶位移振型，然后计算出曲率模态，最后利用曲率模态的突变确定结构的损伤位置。

(2)任现才,孟昭博,王鑫.基于模态参数的简支木梁损伤识别研究[J].江苏建筑职业技术学院学报,2022,22(02):5-9.

提出一种以曲率模态作为损伤识别指标的结构损伤识别方法。首先对模型进行模态分析得到位移振型，然后计算出曲率模态，最后利用曲率模态的突变确定结构的损伤位置。

尽管现已对曲率模态指标开展了较多的研究工作，但主要集中在损伤定位方面，已有指标不能有效地进行损伤程度识别。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于曲率模态和离散小波变换的梁构件损伤识别方法，利用在古建筑梁结构中布置一定数量加速度传感器，测得梁结构的位移振型，基于对损伤前后曲率模态进行离散小波变换得到小波系数差损伤指标，该损伤能精准定位出梁单处损伤和多处损伤工况下的裂缝位置和判断梁裂缝的损伤程度，较好的克服了现有模态参数指标不能进行损伤程度识别的不足，可应用于古建筑梁的无损检测与损伤程度评估。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于曲率模态和离散小波变换的梁构件损伤识别方法，包括以下步骤；

(1)通过数值模拟或动力特性模型试验测量获得梁损伤前、后的一阶位移振型；

(2)对梁损伤前、后的一阶位移振型，采用中心差分法求得梁损伤前、后的一阶曲率模态；