一种基于小波变换-分形分析的板结构损伤检测方法技术

本发明专利技术提出了一种基于小波变换-分形分析的板结构损伤检测方法，该方法包括以下步骤：量测板类结构的模态振型或工作振型信号；借助2维高斯小波变换对振型信号作多尺度分析，并沿板纵向和横向分别离散成M条和N条振型尺度分解系数波形；在设定窗口下对每条振型尺度分解系数波形做分形分析，得到沿板纵向和横向的尺度分形维迹线；这些迹线取均值融合组成尺度分形维平面图；根据该平面图是否在较大尺度上出现奇异值峰来判断结构损伤的发生并确定损伤的形状和位置。本发明专利技术特别适用于噪声环境下对板类结构弱小损伤的检测，对复合材料板的局部分层等损伤也有良好的检测效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了，该方法包括以下步骤：量测板类结构的模态振型或工作振型信号；借助2维高斯小波变换对振型信号作多尺度分析，并沿板纵向和横向分别离散成M条和N条振型尺度分解系数波形；在设定窗口下对每条振型尺度分解系数波形做分形分析，得到沿板纵向和横向的尺度分形维迹线；这些迹线取均值融合组成尺度分形维平面图；根据该平面图是否在较大尺度上出现奇异值峰来判断结构损伤的发生并确定损伤的形状和位置。本专利技术特别适用于噪声环境下对板类结构弱小损伤的检测，对复合材料板的局部分层等损伤也有良好的检测效果。【专利说明】
本专利技术涉及板结构损伤检测方法，特别是基于量测的板的振型进行损伤检测的技术。
技术介绍
板类结构能独立承载或作为结构物的重要部件来发挥预定功能，对其进行健康监测，以便对早期损伤进行维修，不仅能显著降低维护费用，而且能够保证结构性能，延长结构寿命。板类结构的损伤识别，特别是作结构无损检测已得到国内外广泛研究。现已出现了频率改变法、曲率模态法、柔度法、应变振型法、频响函数法等结构损伤诊断方法。但基于小波变换-分形分析的板类结构损伤诊断方法还未见报道。现有对结构损伤检测的方法存在:噪声免疫力低、对弱小损伤不敏感、依赖无损基准结构作参照等不足。本专利技术基于小波变换-分形分析，发展了一种抗噪能力强、对弱小损伤敏感，且不依赖无损基准结构的板类结构损伤检测方法。该法能快速、准确地判断损伤出现并检测出损伤的位置和形状，对复合材料板的局部分层等损伤也有良好的检测效果。
技术实现思路
:为解决上述问题，本专利技术提供，与现有技术相比，利用量测振型的多尺度分形维分布图中的奇异值峰来判断结构损伤的发生并确定损伤的形状和位置。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案:本专利技术提出的基于小波变换-分形分析的板结构损伤检测方法包括以下步骤，1.通过现代量测设备，如激光扫描测振仪等测得板的模态振型或工作振型形状信号W: (xi；J, yi；J, Wi，j),其中WiJ为对应于测点坐标(Xi，j, yi； j)的振型幅度值；2.对 W: (Xi,」，yi;」，Wi,」)做 2 维高斯小波变换(2dimension Gaussian wavelettransform, 2DGWT)，得到振型在尺度 s 上的系数 W*: (xi；J, yi；J, wsi；J):u ^ W1 f ?gf2(I)其中?代表卷积运算，s为尺度参数，在10-20间取值；2维高斯小波gf为【权利要求】1.，其特征在于包括以下步骤: A.测得板的模态振型或工作振型形状信号W:(Xu，y^其中Wu为对应于测点坐标(Xuyiij)的振型幅度值； B.对W:(xi；J, yi；J, wi； j)做2维高斯小波变换，得到振型在尺度s上的系数w*: (WuO: 【文档编号】G01N29/44GK103884777SQ201410157878【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日 【专利技术者】白润波, 曹茂森, 徐宗美, 威斯劳奥斯大科维奇 申请人:山东农业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于小波变换‑分形分析的板结构损伤检测方法，其特征在于包括以下步骤：A.测得板的模态振型或工作振型形状信号W:(xi,j,yi,j,wi,j)，其中wi,j为对应于测点坐标(xi,j,yi,j)的振型幅度值；B.对W:(xi,j,yi,j,wi,j)做2维高斯小波变换,得到振型在尺度s上的系数W*:(xi,j,yi,j,wsi,j)：wi,js=wi,j⊗gs2,2---(1)]]>其中代表卷积运算，s为尺度参数，在10‑20间取值；2维高斯小波为gs2,2=13π/21s(4(xs)2-2)(4(ys)2-2)e-((x/s)2+(y/s)2)---(2)]]>C.将W*:(xi,j,yi,j,wsi,j)沿板纵向和横向分别分解成M条和N条离散的线型；对每条线型，给定一包含样本数目为n的滑动窗口（n=4,6或8），使滑动窗沿该条线型不断前移，每次移动滑动窗均计算窗内所含曲线段的分形维数，并作为这一滑动窗中心样本点的分形维数，随着滑动窗遍历整条曲线，便得到尺度s上对应于该离散线型的分形维迹线；尺度s上各离散线型的分形维数Γs按下式计算：Γs=log10(n)log10(n)+log10(ds/Ls)---(3)]]>其中，离散后纵向线型的ds和Ls表示为和横向线型的ds和Ls表示为和Lyms;]]>dxms=maxi=m-(n-1)/2m+(n-1)/2((xi-xi-1)2+(wis-wi-1s)2)---(4)]]>Lxms=Σi=m-(n-1)/2m+(n-1)/2((xi-xi-1)2+(wis-wi-1s)2)---(5)]]>dyms=maxj=m-(n-1)/2m+(n-1)/2((yj-yj-1)2+(wjs-wj-1s)2)---(6)]]>Lyms=Σj=m-(n-1)/2m+(n-1)/2((yj-yj-1)2+(wjs-wj-1s)2)---(7)]]>所述ds为窗口范围内线型曲线上任两个采样点的直线距离的最大值；Ls为窗口范围内线型曲线总长度；D.由得到的尺度s上沿板纵向和横向的分形维迹线分别组合成纵向尺度分形维平面和横向的尺度分形维平面纵向：横向：由式（8）、（9）合成振型在尺度s上的分形维平面图：Πx+ys=12(Πxs+Πys)---(10)]]>E.取s为10到20间某一值，根据式（10）计算该尺度下的分形维平面图，由图上是否出现奇异值峰来判断结构损伤是否发生；若图中出现奇异值峰则表示板中含有损伤，并根据峰值的位置和形状来确定损伤的位置和形状；所述1≤i≤N,1≤j≤M。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白润波，曹茂森，徐宗美，威斯劳奥斯大科维奇，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37