信息熵理論在混凝土結(jié)構(gòu)損傷動(dòng)力識(shí)別中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文在全面回顧結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，提出使用信息熵理論對(duì)基于振動(dòng)的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別，部分解決目前損傷識(shí)別領(lǐng)域存在的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為混凝土結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)提供配套判據(jù)。
　　根據(jù)信息熵理論，以自功率譜熵為例提出適合分析混凝土結(jié)構(gòu)損傷的熵指標(biāo)函數(shù)構(gòu)建方法。通過(guò)兩根不同的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)，驗(yàn)證自功率譜熵對(duì)基于振動(dòng)的混凝土結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別效果。對(duì)比研究自功率譜熵和功率譜熵在損傷識(shí)別方面的異同點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究論證本文提出方法的

2、優(yōu)勢(shì)。對(duì)原始的振動(dòng)信號(hào)添加不同強(qiáng)度的噪聲，考察自功率熵的抗噪能力。
　　改進(jìn)近似熵理論的程序編制方法，提升其計(jì)算效率。通過(guò)自功率譜密度函數(shù)對(duì)衰減信號(hào)進(jìn)行分類，針對(duì)不同的信號(hào)模式提出不同的近似熵計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別。使用相關(guān)函數(shù)將不具規(guī)則性的衰減信號(hào)轉(zhuǎn)化成具有規(guī)則性的互相關(guān)時(shí)間序列，采用數(shù)值模擬結(jié)合試驗(yàn)的方法論證對(duì)衰減信號(hào)引入近似熵理論的可行性。試驗(yàn)研究表明，利用近似熵理論對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)，具有很強(qiáng)的敏感性和抗噪能力

3、。
　　引入改進(jìn)前和改進(jìn)后的線性化傳遞熵理論，利用梁上的加速度信號(hào)進(jìn)行動(dòng)力損傷識(shí)別研究。利用Abaqus軟件分析只在主平面內(nèi)彎曲振動(dòng)的混凝土簡(jiǎn)支梁，通過(guò)折減指定單元彈性模量的方法模擬梁的彈性損傷?；诹荷隙帱c(diǎn)的加速度信號(hào)，利用核密度估計(jì)方法驗(yàn)證了直接使用線性化傳遞熵理論的合理性。通過(guò)定義合適的損傷指標(biāo)，表明改進(jìn)的線性化傳遞熵在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)具有很強(qiáng)的敏感性和魯棒性。
　　基于Matlab軟件對(duì)承受高斯激勵(lì)的Duf

4、fing軟彈簧振子進(jìn)行數(shù)值研究，計(jì)算傳遞熵的解析解，并以此驗(yàn)證線性化傳遞熵以及核密度估計(jì)傳遞熵的合理性。通過(guò)調(diào)整非線性因子模擬系統(tǒng)受不同程度的非線性損傷，利用傳遞熵結(jié)合替代數(shù)據(jù)方法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行非線性損傷識(shí)別，識(shí)別結(jié)果表明該方法可有效的捕獲系統(tǒng)的非線性特征。基于Abaqus軟件，分析一根帶裂縫的混凝土簡(jiǎn)支梁在高斯激勵(lì)下的振動(dòng)特性，以裂縫的長(zhǎng)度模擬結(jié)構(gòu)的非線性損傷程度，結(jié)合替代數(shù)據(jù)方法，對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行非線性損傷識(shí)別。
　　通過(guò)3根不同

5、的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)，驗(yàn)證傳遞熵結(jié)合改進(jìn)的替代數(shù)據(jù)方法對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的非線性損傷識(shí)別效果。通過(guò)定義合適的損傷指標(biāo)，量化該方法的損傷識(shí)別效果，使用完整梁和缺陷梁驗(yàn)證該方法對(duì)不同損傷模式的識(shí)別能力。從采樣頻率、抗噪能力以及激勵(lì)方式等角度，驗(yàn)證傳遞熵結(jié)合替代數(shù)據(jù)方法在損傷識(shí)別時(shí)的魯棒性。
　　全文結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了幾個(gè)不同的信息熵指標(biāo)在混凝土結(jié)構(gòu)損傷動(dòng)力識(shí)別方面具有的可靠性和優(yōu)勢(shì)，旨在為混凝土結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別領(lǐng)域提供一