基于小波變換圖像增強(qiáng)算法的網(wǎng)架損傷檢測的數(shù)值模擬

張揚(yáng)

摘 要：提出應(yīng)用小波變換圖像增強(qiáng)算法對較低損傷狀態(tài)下網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷的位置識別。通過對一個正放四角錐網(wǎng)架的有限元模型進(jìn)行數(shù)值分析，提取模態(tài)信息，建立以單元應(yīng)變模態(tài)差為損傷因子的信號，然后針對損傷信號進(jìn)行小波變換圖像增強(qiáng)，進(jìn)而進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)損傷位置識別，分析結(jié)果表明圖像增強(qiáng)方法可以比較準(zhǔn)確判斷網(wǎng)架桿單元的損傷位置。

關(guān)鍵詞：小波變換圖像增強(qiáng)；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；損傷位置

引言

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種空間桿系結(jié)構(gòu)，它的自重小、剛度大、造型優(yōu)美、易于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，使其成為空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中應(yīng)用最為普遍的結(jié)構(gòu)形式之一，比如大型體育場館、加油站等。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在正常服役過程中，由于設(shè)計缺陷、不可避免的損傷等原因，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系本身存在一定的安全隱患，如不進(jìn)行必要的檢測加固，就有可能造成重大安全事故給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)展開損傷檢測研究是十分必要的。由于單單采用節(jié)點(diǎn)損傷的模態(tài)信息則無法準(zhǔn)確確定單元的損傷位置，國內(nèi)一些學(xué)者將桿單元應(yīng)變模態(tài)差作為損傷參數(shù)，對不同位置、不同程度的受損桿件進(jìn)行簡單診斷。但網(wǎng)架結(jié)構(gòu)畢竟剛度大，導(dǎo)致模態(tài)較密集，在桿件有較低損傷時，將桿單元應(yīng)變模態(tài)差作為損傷因子就很難判斷損傷位置。小波變換圖像增強(qiáng)法，能夠相對增強(qiáng)圖像的低頻成分，相對削弱圖像的高頻成分，既可以保留圖像的細(xì)節(jié)信息，又能增強(qiáng)圖像突變信息。從而實(shí)現(xiàn)對比明顯的效果，達(dá)到識別損傷位置的目的。因此本文首先將單元應(yīng)變模態(tài)差作為損傷因子，先進(jìn)行初步損傷位置的診斷。然后對損傷因子進(jìn)行小波變換圖像增強(qiáng)，進(jìn)而進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷位置判定。

1.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)損傷檢測的仿真實(shí)驗(yàn)

首先應(yīng)用桿單元應(yīng)變模態(tài)差對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷位置識別，將ANSYS中得到的模態(tài)信息帶入到桿單元應(yīng)變模態(tài)差公式（ ）中，得到如圖2所示圖形。從圖形上分析，不能準(zhǔn)確看出預(yù)先設(shè)定的損傷位置，證明在桿件有較低損傷的情況下，桿單元應(yīng)變模態(tài)差作為損傷因子對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷位置識別具有局限性，從數(shù)值上看，應(yīng)變模態(tài)差值并不高，這是由于損傷值太小造成的，從而造成不能很好的識別。下一步，對桿單元應(yīng)變模態(tài)差進(jìn)行小波變換圖像增強(qiáng)，對原始信號進(jìn)行分解重構(gòu)，如圖3所示。

從圖2、圖3比較可以看出：在桿件有較低損傷時，將桿單元應(yīng)變模態(tài)差作為損傷參數(shù)很難判斷出損傷位置，對桿單元應(yīng)變模態(tài)差信號進(jìn)行小波變換圖像增強(qiáng)后，能夠準(zhǔn)確的識別出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的損傷位置。

2.結(jié)論

本文建立了基于小波變換圖像增強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)損傷的數(shù)值檢測方法。并將該方法應(yīng)用于一個正放四角錐網(wǎng)架的損傷位置識別。結(jié)果表明：在桿件有較低損傷時，對桿單元應(yīng)變模態(tài)差進(jìn)行小波變換圖像增強(qiáng)后，高階部分析出，低頻信息得到明顯增強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確的識別出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的損傷位置?？梢詫⒋朔椒ㄍ茝V到大型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實(shí)際檢測中，應(yīng)用于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的早期損傷診斷。

參考文獻(xiàn)：

[1] L. W. ZHANG， L. M. ZHANG， C. H. SHAO. Damage Identification Method of Space Truss Based on Elemental Strain Mode Difference and Neural Network. The 2nd International Conference on Civil Engineering， Shijiazhuang， 2011.