基于小波變換圖像增強算法的網架損傷檢測的數值模擬

張揚

摘 要：提出應用小波變換圖像增強算法對較低損傷狀態下網架結構進行損傷的位置識別。通過對一個正放四角錐網架的有限元模型進行數值分析，提取模態信息，建立以單元應變模態差為損傷因子的信號，然后針對損傷信號進行小波變換圖像增強，進而進行網架結構損傷位置識別，分析結果表明圖像增強方法可以比較準確判斷網架桿單元的損傷位置。

關鍵詞：小波變換圖像增強；網架結構；損傷位置

引言

網架結構是一種空間桿系結構，它的自重小、剛度大、造型優美、易于現代化工業生產等優點，使其成為空間結構領域中應用最為普遍的結構形式之一，比如大型體育場館、加油站等。網架結構在正常服役過程中，由于設計缺陷、不可避免的損傷等原因，導致結構體系本身存在一定的安全隱患，如不進行必要的檢測加固，就有可能造成重大安全事故給國家和人民造成巨大的經濟損失，因此對網架結構展開損傷檢測研究是十分必要的。由于單單采用節點損傷的模態信息則無法準確確定單元的損傷位置，國內一些學者將桿單元應變模態差作為損傷參數，對不同位置、不同程度的受損桿件進行簡單診斷。但網架結構畢竟剛度大，導致模態較密集，在桿件有較低損傷時，將桿單元應變模態差作為損傷因子就很難判斷損傷位置。小波變換圖像增強法，能夠相對增強圖像的低頻成分，相對削弱圖像的高頻成分，既可以保留圖像的細節信息，又能增強圖像突變信息。從而實現對比明顯的效果，達到識別損傷位置的目的。因此本文首先將單元應變模態差作為損傷因子，先進行初步損傷位置的診斷。然后對損傷因子進行小波變換圖像增強，進而進行結構損傷位置判定。

1.網架結構損傷檢測的仿真實驗

首先應用桿單元應變模態差對網架結構進行損傷位置識別，將ANSYS中得到的模態信息帶入到桿單元應變模態差公式（ ）中，得到如圖2所示圖形。從圖形上分析，不能準確看出預先設定的損傷位置，證明在桿件有較低損傷的情況下，桿單元應變模態差作為損傷因子對網架結構進行損傷位置識別具有局限性，從數值上看，應變模態差值并不高，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，對桿單元應變模態差進行小波變換圖像增強，對原始信號進行分解重構，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，將桿單元應變模態差作為損傷參數很難判斷出損傷位置，對桿單元應變模態差信號進行小波變換圖像增強后，能夠準確的識別出網架結構的損傷位置。

2.結論

本文建立了基于小波變換圖像增強的網架結構損傷的數值檢測方法。并將該方法應用于一個正放四角錐網架的損傷位置識別。結果表明：在桿件有較低損傷時，對桿單元應變模態差進行小波變換圖像增強后，高階部分析出，低頻信息得到明顯增強，能夠準確的識別出網架結構的損傷位置。可以將此方法推廣到大型網架結構實際檢測中，應用于網架結構的早期損傷診斷。

參考文獻：

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