基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時變參數(shù)識別研究基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時變參數(shù)識別研究

摘要：

隨著工程結(jié)構(gòu)規(guī)模和復雜性的增加，時變參數(shù)具有更多應(yīng)用，如結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、結(jié)構(gòu)損傷檢測等。為了更準確地識別工程結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)，本文提出了一種基于小波分析的識別方法。首先，通過小波變換對工程結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)進行分解，得到不同尺度下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號。然后，采用小波能量熵法對不同尺度下的信號進行能量和熵的計算。最后，通過變化率和差分比的計算，得到結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的時變特性。

關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu)；時變參數(shù)；小波分析；模態(tài)參數(shù)；能量熵

1.引言

工程結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)是指結(jié)構(gòu)在不同時間段內(nèi)的參數(shù)值發(fā)生變化。時變參數(shù)有著重要的工程應(yīng)用價值，例如結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、結(jié)構(gòu)損傷檢測等。針對工程結(jié)構(gòu)時變參數(shù)的識別問題，目前廣泛采用的方法有頻域分析、時域分析等。然而，這些方法在某些情況下存在計算復雜度高、精度低等問題。本研究旨在提出一種基于小波分析的方法，以更準確地識別工程結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)。

2.小波分析原理

小波分析是一種將信號分解成不同尺度下的頻率成分的方法。小波分析通過不同尺度下的小波基函數(shù)來表示信號，可以較好地提取信號的時頻特性。在工程結(jié)構(gòu)中，小波分析常用于將結(jié)構(gòu)的振動信號分解成模態(tài)參數(shù)表示。

3.小波變換分解

為了對工程結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)進行識別，首先利用小波變換對結(jié)構(gòu)的振動信號進行分解。小波變換能夠?qū)⑿盘柗纸鉃椴煌l率和不同尺度下的小波系數(shù)。通過選擇適當?shù)男〔ɑ瘮?shù)，可以得到不同尺度下的振態(tài)參數(shù)。在分解的過程中，可采用多尺度分析方法，逐漸縮小分析的時間窗口，以提高信號的分辨率。

4.小波能量熵分析

在獲得不同尺度下的振動信號后，需要對信號進行能量和熵的計算。能量和熵是表示信號特征的重要參數(shù)。能量反映了信號的強度大小，而熵可以體現(xiàn)信號的不確定性。通過小波能量熵分析可以提取信號的時變特性，從而獲得結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)。

5.結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)時變特性分析

通過計算不同尺度下的能量和熵，可以得到結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的時變特性。在時變特性分析中，可以利用變化率和差分比等指標來描述模態(tài)參數(shù)的變化趨勢。通過對一段時間內(nèi)的模態(tài)參數(shù)進行時變特性分析，可以獲得結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)信息。

6.實驗研究

為了驗證基于小波分析的時變參數(shù)識別方法的有效性，進行了一系列實驗研究。以某橋梁結(jié)構(gòu)的振動信號為例，利用小波分析方法對結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)進行分解和識別。通過與傳統(tǒng)方法進行對比實驗，結(jié)果表明，基于小波分析的方法能夠更準確地識別結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)。

7.結(jié)論

本研究提出了一種基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時變參數(shù)識別方法，通過小波變換和小波能量熵分析，可以獲得結(jié)構(gòu)的時變特性。實驗結(jié)果表明，該方法在識別工程結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)方面具有明顯的優(yōu)勢。未來的研究可以進一步完善該方法，提高其穩(wěn)定性和可靠性，以滿足工程實際的需求。

通過本研究基于小波分析的工程結(jié)構(gòu)時變參數(shù)識別方法，我們可以準確獲得結(jié)構(gòu)的時變特性。實驗結(jié)果表明，該方法在識別工程結(jié)構(gòu)的時變參數(shù)方面具有明顯的優(yōu)勢。通過計算不同尺度下的能量和熵，我們可以得到結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的時變特性，并通過變化率和差分比等指標來描述其變化趨