本书主要阐述基于环境激励振动的水工混凝土结构的损伤诊断理论与方法。全书共9章。第1章介绍环境激励下水工混凝土结构损伤诊断方法研究的意义，以及国内外研究现状和存在的问题；第2章介绍环境激励下水工混凝土结构振动数据前处理和自由响应提取方法；第3章介绍环境激励下水工混凝土结构的模态识别和损伤诊断的模态指标；第4章介绍结构损伤诊断的时间序列分析模型；第5章介绍应用动力系统理论，提取水工混凝土结构损伤诊断指标的方法；第6章介绍结构健康诊断的波动理论和相关损伤诊断指标的计算方法；第7章在损伤指标提取的基础上，提出环境激励下基于有监督学习的水工混凝土结构损伤程度估算方法；第8章介绍水工结构损伤的状态空间和贝叶斯理论的结构辨识方法；第9章基于振动模型试验和某重力坝强震观测数据,验证本书所介绍的环境激励下损伤诊断方法的合理性和有效性。
样章试读
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序
前言
第1章绪论1
1.1研究的目的和意义1
1.2国内外研究现状2
1.2.1模态参数的识别方法3
1.2.2结构损伤诊断的模态指标6
1.2.3结构损伤诊断的时间序列指标7
1.2.4结构状态的状态空间理论分析12
1.2.5结构状态的波动理论分析15
1.2.6基于振动的结构损伤诊断方法22
1.3问题的提出24
1.4本书的主要内容26
参考文献27
第2章环境激励下水工混凝土结构振动数据前处理和自由响应提取方法42
2.1引言42
2.2环境激励43
2.3环境激励下水工混凝土结构振动数据的前处理45
2.3.1基线和长期漂移校正45
2.3.2基于AFMM算法的时变性判定46
2.3.3数字滤波去噪47
2.3.4局部非线性投影去噪方法56
2.4水工混凝土结构自由振动响应的提取方法59
2.4.1结构自由振动响应提取的自然激励技术和随机减量技术59
2.4.2支撑激励作用下由加速度受迫响应提取自由振动64
2.4.3虚拟脉冲响应函数68
参考文献69
第3章环境激励下水工混凝土结构的模态识别和损伤诊断的模态指标73
3.1引言73
3.2模态参数的时域识别方法74
3.2.1时域模态参数识别方法的基本假设和基本方程75
3.2.2协方差驱动的时域模态参数识别77
3.2.3数据驱动的时域模态参数识别79
3.2.4时域模态参数识别方法的自动定阶和参数识别流程82
3.3基于BSS的模态参数识别86
3.3.1BSS的基本理论87
3.3.2二阶盲辨识算法88
3.3.3基于二阶盲辨识的模态参数识别方法89
3.3.4基于Hankel矩阵联合近似对角化的模态参数盲识别94
3.4模态参数的时频域识别方法102
3.4.1基于复Morlet小波变换的模态参数识别103
3.4.2基于综合谱带通滤波的改进方法106
3.5结构损伤诊断的模态指标110
3.5.1固有频率指标111
3.5.2位移模态指标111
3.5.3曲率模态指标111
3.5.4模态柔度指标112
3.5.5Lipschitz指数113
参考文献114
第4章结构损伤诊断的时间序列分析模型116
4.1引言116
4.2时间序列建模的基本原理116
4.2.1离散时间系统参数模型117
4.2.2模型定阶与参数估计118
4.3时变系统参数辨识120
4.3.1时变系统辨识方法120
4.3.2带遗忘因子的递推最小二乘122
4.3.3自调整遗忘因子的时变参数识别123
4.3.4系统异常识别算例123
4.4静荷载环境作用下的结构状态诊断125
4.4.1脉冲响应系数125
4.4.2结构损伤识别指标126
4.5有限元仿真实例分析127
4.5.1某拱坝动力有限元模型与混凝土塑性损伤127
4.5.2拱坝损伤仿真模拟129
4.5.3无噪声动力响应时间序列分析131
4.5.4噪声干扰下结构的损伤识别141
参考文献142
第5章损伤诊断的非线性动力系统指标144
5.1引言144
5.2结构振动的非线性动力系统理论145
5.2.1环境激励下水工混凝土结构振动响应的非线性145
5.2.2动力系统及其吸引子148
5.2.3吸引子的相空间重构151
5.2.4吸引子特征量154
5.3水工混凝土结构损伤诊断的非线性动力系统指标160
5.3.1吸引子特征量指标160
5.3.2动力学互相关因子161
5.3.3吸引子比较指标161
5.3.4Poincaré截面特征量164
5.3.5递归图特征量165
5.4环境激励下非线性动力系统指标的提取167
5.4.1不同类型激励下线性结构的受迫振动168
5.4.2振动响应时间序列性质的判定171
5.4.3非线性动力系统指标的计算流程173
参考文献174
第6章基于波动理论的损伤诊断指标178
6.1引言178
6.2波在介质中的传播179
6.2.1波动方程179
6.2.2平面波的传播规律和薄层效应184
6.3混凝土重力坝波传播分析模型189
6.3.1TB模型推导189
6.3.2传递函数和脉冲响应函数192
6.4基于波动法的结构健康诊断指标193
6.4.1波走时193
6.4.2SH波速197
6.4.3波数199
6.5混凝土重力坝损伤波走时评价及其影响因素200
6.5.1波走时影响因素理论分析200
6.5.2混凝土重力坝结构状态的波走时评价数值模拟203
参考文献212
第7章非稳定激励和环境变量作用下水工混凝土结构的损伤诊断213
7.1引言213
7.2非稳定环境激励和环境变量的影响分析214
7.2.1非稳定环境激励的影响214
7.2.2环境变量的影响214
7.3基于无监督学习的水工混凝土结构损伤诊断方法230
7.3.1基于主成分分析的监控方法233
7.3.2基于流形学习的监控方法238
7.3.3基于多输出支持向量机的诊断指标预报243
7.4基于有监督学习的水工混凝土结构损伤诊断方法250
7.4.1基于多输出支持向量机的动力有限元模型修正250
7.4.2损伤程度估算252
参考文献255
第8章状态空间和贝叶斯理论的结构辨识方法258
8.1引言258
8.2状态空间理论的基本概念258
8.3基于状态空间理论的结构状态监控模型259
8.3.1结构动力响应状态方程259
8.3.2结构状态监控模型261
8.4基于状态空间理论的结构刚度参数辨识262
8.4.1损伤时间的判断和损伤定位263
8.4.2结构损伤程度的判断265
8.5基于贝叶斯统计理论的结构状态组合辨识模型265
8.5.1贝叶斯统计理论266
8.5.2结构实时状态的贝叶斯理论分析方法267
8.6混凝土拱坝结构状态实例分析273
8.6.1状态方程监控模型及结构状态分析278
8.6.2坝体结构状态似然概率的计算和结构状态组合辨识模型288
参考文献291
第9章环境激励下水工混凝土结构损伤诊断的试验研究和实例分析293
9.1引言293
9.2重力坝混凝土砂浆模型试验研究293
9.2.1试验模型293
9.2.2试验仪器和设备294
9.2.3试验步骤和方法295
9.2.4试验结果分析296
9.3工程实例302
9.3.1工程和监测概况302
9.3.2监测数据前处理304
9.3.3模态参数识别和损伤诊断306
9.3.4动力有限元模型修正309
9.3.5非线性动力系统指标的识别和损伤诊断310
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