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基于声辐射信号的简支梁结构状态识别方法研究
| 论文题名： | 基于声辐射信号的简支梁结构状态识别方法研究 |
| 关键词： | 简支梁桥;健康监测;损伤识别;声辐射信号 |
| 摘要： | 桥梁结构作为交通运输的重要组成部分，其健康状况对人们的安全出行有重要意义。桥梁健康监测是了解桥梁结构实时状态、发现损伤、保证结构安全使用的重要环节。本文基于课题组提出“WWWQ（望闻问切）”诊断桥梁健康状态的思路，并基于“闻”的研究路线分支，通过分析简支梁结构振动辐射声压信号，对结构的健康状态进行分析，进而识别出结构的损伤。本文主要研究内容如下： (1)将声学基本原理与结构动力学理论相结合，建立了声固耦合系统中结构表面振动加速度与自由声场声压间的关系，提出基于简支梁结构振动辐射声压信号识别结构动力响应参数的方法。该方法操作方便、快捷，有效地避免了接触式测量中传感器安装困难以及传感器贴敷的附加质量带来的影响，为桥梁监、检测的结构模态识别探索了新途径。 (2)针对声音信号采集过程中存在的大量环境噪声，提出基于Hilbert-Huang二次滤波时频分析方法和自适应谱减去噪法。前者针对结构固有频率与环境噪声频率的频响范围分布特点，合理设计滤波器对原始声压信号进行两次滤波Hilbert-Huang变换；后者根据声波传递连续性特点以及环境噪声源分布特点，通过一对反向声音传感器采集结构振动辐射声压信号，并进行频域谱迭差分析。 结果：表明，两种方法均能从噪声环境中精确、有效地识别结构的固有频率，具有一定工程使用价值。 (3)将结构振动模态与结构声辐射相结合，建立了结构振动模态参数与结构声辐射模态参数的关系，探索了基于结构声辐射模态的简支梁健康状态分析方法。通过数值分析和模型试验，对简支梁开展了声辐射模态分析，识别出结构声辐射模态参数，并对简支梁结构状态进行了诊断。 结果：表明，该方法能够识别出简支梁结构状态的变化，但难以精确识别结构的损伤位置。 (4)针对结构声辐射模态识别结构状态欠敏感问题，进一步提出基于结构声辐射模态中心差分振型差的简支梁损伤识别方法。该方法将简支梁损伤前后的声辐射模态振型曲线进行中心差分迭差分析。数值模拟和试模型试验结果表明，应用该方法能精确有效地识别出简支梁的损伤位置，并且可以量化简支梁的损伤程度。 |
| 作者： | 刘年 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 郑佳艳;周志祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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