一种基于连续小波变换的等价阻尼比的估算及应用开题报告

全文总字数：3427字

1. 研究目的与意义

阻尼是结构的重要动力特性之一，是动力响应幅度和影响结构稳定性的重要参数。 结构的阻尼系数是结构在每一振动循环中消耗能量大小的度量，其量值可能在很大范围内变化，由于结构的阻尼往往靠试验得到，采用阻尼系数不利于对结构阻尼进行合理性判断和对不同阻尼大小的比较。因此，在有阻尼的结构动力反应分析中，均采用阻尼系数和临界阻尼的比值（即阻尼比）来表示结构阻尼的大小。阻尼比在土木、机械、航天等领域是结构动力学的一个重要概念。小波变换是傅立叶分析思想的发展与延拓，是一种信号的时间、尺度(时间-频率)分析方法，它具有多分辨率分析的特点，而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，是一种窗口大小(面积)固定不变但其形状可改变的时频局部化分析方法。小波变换同时运用了信号的时域和频域的信息，是未来模态参数识别技术发展的一个重要方向。由于小波变换具有良好的时频局部化特点，可使多自由度系统的模态自动解耦，近年来，小波变换被广泛应用到结构模态参数识别领域。

2. 国内外研究现状分析

1、国内现状

罗光坤等人^[1]从卷积和parseval定理的角度推导了小波变换系数的实用算法。以系统的自由响应数据为识别对象，给出了频率、阻尼比的参数识别方法，并重点给出了基于最小二乘法的振型识别技术。提出了基于改进morlet小波的模态参数识别方法，对识别密集模态具有良好的效果。滕军等人^[2]探讨了基于复morlet小波变换的结构频率及阻尼比的识别方法，推导了基于小波变换系数的振型识别原理。为提高识别密集模态的精度，提出了基于最小标准差的小波中心频率及带宽的自适应选择方法。针对大跨空间结构具有低频密集模态以及难以实现用力锤或激振器来激励等特点，提出了自然激励法与小波变换相结合的模态参数识别方法。罗光坤等人^[3]从卷积和parseval定理的角度推导了非正交小波变换系数的实用计算方法。在环境激励下以互相关函数代替系统的自由响应数据，给出了基于morlet小波变换的频率、阻尼比的参数识别方法，采用2层楼仿真算例和潮白河桥应用实例验证该算法，识别结果表明基于morlet小波变换的模态参数识别技术能够有效地识别出环境激励下系统的模态参数。

2、国外现状

3. 研究的基本内容与计划

1.研究内容

建立仿真信号进行模拟，对系统自由振动响应做连续小波变换，求取小波系数极大值，获得小波脊和框架，借助小波脊理论确定系统的各阶模态瞬时频率，最后估算出系统的阻尼比系数，再用一个具体信号测试验证。

2.时间安排

4. 研究创新点

小波分析是一个新的数学分支，是近年来多领域专家讨论的热点，它的广泛应用将给多个学科和领域注入新的力量。随着小波理论的日益成熟，小波分析作为一种新兴的信号处理手段，正逐渐被广泛应用于各个领域并取得了显著的效果。阻尼比等模态参数的识别是结构健康监测中关键技术之一，对于诸如大跨度空间结构等大型土木工程结构，传统的人工激励方法很难激励出所有模态，直接利用环境激励下振动响应数据进行模态参数识别越来越受到重视。由于小波变换具有良好的时频局部化特点，可使多自由度系统的模态自动解耦，近年来，小波变换被广泛应用到结构模态参数识别领域。在密集模态参数识别中，小波中心频率及带宽的选择对识别精度有着十分重要的影响，国内外学者对此也进行过研究，但这些研究更多地侧重小波中心频率或带宽这两个参数中某一个参数的优化，鲜有将这两个参数同时进行优化。为提高识别密集模态精度，我们可以基于最小标准差的小波中心频率及带宽自适应选择方法。未来工作应注重模态参数的识别，例如固有频率，阻尼比和模态振型。方法的确定应使用不同类型的激励或者更复杂的系统，特别是密集模式系统来测试。

阻尼材料的开发和应用虽已有三四十年的历史，但从理论上形成新的学科，应用上形成新的技术只有十多年的时间，研制与开发综合性能优异的阻尼材料已成为研究热点。IPN技术、智能材料以及新型的阻尼结构的出现为阻尼材料提供了广阔的发展前景。可以预见，为了进一步提高材料的阻尼性能，将材料的电力学和磁力学性能有机结合的新型材料将是今后阻尼领域一个重要的发展方向；同时，设计出能在分子水平上复制出现有阻尼材料的力学性能，有效减少阻尼设备尺寸的阻尼材料则是一个更具挑战性和实用价值的工作。复合材料的阻尼比金属和钢筋混凝土高出几十倍，甚至几百倍。充分利用这个优势，再增加一些传感和控制功能，将其应用到建筑中去，成为智能材料，使建筑物的材料与阻尼控制成为一个整体，这是目前国内外正在研究一个热门课题，将使阻尼研究达到了一个新的水平。结构阻尼的深入研究将使原来视为普通常数的阻尼，作为一个模糊随机变量看待，使结构动力响应的研究达到新的高度，为房屋建筑抗震减灾的计算方法开辟出新途径。