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基于Tsallis小波熵超声导波结构损伤检测方法研究
| 论文题名： | 基于Tsallis小波熵超声导波结构损伤检测方法研究 |
| 关键词： | 桥梁结构;损伤机理;超声导波检测;Tsallis小波熵 |
| 摘要： | 桥梁作为交通系统的关键组成部分，在人们日常生活中发挥着重要作用。但桥梁结构在建设和运营的过程中，由于外部环境因素以及桥梁材料自身的性能劣化，使得桥梁结构各组成部分在其运营期内将会出现不同程度的损伤。因此，在桥梁的运营过程中，对桥梁结构的主要构件进行损伤检测具有十分迫切的现实意义。然而传统的桥梁安全检测方法很难对结构构件损伤进行准确评价，所以本文研究利用超声导波对构件进行损伤检测，其具有速度快、检测范围广的优点。但是当结构损伤程度较小时，其很难进行分辨。故基于Tsallis小波熵的指标被采用，它能对超声导波信号的变化进行识别，从而实现结构损伤检测。 第二章介绍了超声导波在杆结构中传播的规律。本章通过介绍纵向模态、扭转模态、弯曲模态三种模态，并结合数值方法求解出各模态的频散方程，得到了超声导波各种模态在杆构件中传播的频散曲线。另外，本章还研究了不同频率下导波在杆结构中传播的速度，并且讨论了不同直径的杆结构中导波的频散特征。 第三章介绍了基于谱元法的数值模拟。谱元法基于中高频段的波动方程，与其他类似方法相比，可以使用单一谱元来模拟，进而大大减少了单元数量。因此，谱元法能够为基于导波的结构损伤检测提供高精度、高效率的分析手段。本文采用谱元法对杆结构的多种工况进行建模，用一种半无限长杆的裂纹杆谱单元分析波在损伤杆结构中的传播，并分析了存在损伤的杆结构对导波传播的影响。本章针对结构局部损伤的进行了重点研究，讨论了不同直径、损伤深度、损伤位置和损伤长度等因素对导波在杆中传播的影响，同时比较了结构在损伤与健康状况下响应信号的差异。最后，对试验中不同杆长和损伤位置的工况进行定量分析，从而验证了谱元法在无损检测中的有效性。 第四章介绍了基于Tsallis小波熵的检测方法。在基于导波的损伤检测过程中，由于实测的导波信号具有明显的非平稳特性，本文采用了基于Tsallis小波熵的损伤定位方法，介绍了Tsallis小波熵的基本原理，并通过数值仿真算例对Tsallis小波熵的有效性进行了验证，且将其与谱元法相结合对结构进行损伤检测。 第五章对导波在杆中的传播情况进行试验。分别对健康杆件和不同损伤工况的试件进行激励，采集其加速度响应，并通过论文所提出的方法识别不同构件的损伤状况，验证了该方法的可行性。 |
| 作者： | 姚俭 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨栋;成丕富 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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