簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 嵇泓鈞
Chi, Hung-Chun
論文名稱: 小波轉換應用於交叉樑的破損偵測之研究
A Study of Structural Damage Detection in Cross Beam by Wavelet Transform
指導教授: 楊澤民
Yang, Joe-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 系統及船舶機電工程學系
Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 104
中文關鍵詞: 小波轉換模態分析破壞偵測
外文關鍵詞: Damage Detection, Natural Frequency, Wavelet Transform
相關次數: 點閱:80下載:2
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 摘 要
      本文研究是利用小波轉換來偵測結構物的缺陷,結構都有其固定的物理特性,其物理性質在破壞處因為其物理性質的改變,會有不連續點產生。基於利用小波轉換方法偵測結構破壞時所造成之模態不連續性,進而預測缺陷存在以及其位置,並且利用奇異性指數來分辨破壞程度以及是否為真正的破壞點。文中以一具破損的交叉懸臂樑為例,利用有限元素(ANSYS)分析方法,進行模態振型分析,再以小波轉換偵測破損;在實驗分析方面,主要是先量測交叉破損樑的振動訊號,利用小波包節點範數來轉換振動訊號,依此獲得模態振形參數,再以小波轉換分析,測得實驗樑的破損位置。
      以本文所提之缺陷預測方法偵測懸臂樑破損,對於不同破壞程度的缺陷、位置,都有很好的檢測能力,並且可以有效分辨交叉破損樑的交叉位置跟破壞位置的不同。由軟體模擬及實驗量測皆證明了此方法的可行性,文中所提出的缺陷位置預測方法將可進一步應用於現實中的其他結構物。

    Abstract
     This article study wavelet transforms to detect the defect of structure. All Structures have there physical characteristics. Property will change, and formed in-continuity point. With wavelet transformation, we can detect this in-continuity mode of structure. Further more, we can point out its location. Then, with singular index, we will know the level of damage and identify the two defects.
     We use one damaged cantilever beam for example, with finite element method analysis to precede vibration mode, then use wavelet transformation to detect the damage. As for the experimental analysis, first, we measure the damaged cross beam, get their vibration signal, with wavelet packet node norm to transform the vibration signal. So we can get the parameters of vibration mode. After that we can use wavelet transformation analysis get the damage position of experienented beam.
     For the cantilever beam, we can use the similar method. All different king of damage for the sophisticated beam, this analysis method can identify their position and type of defect, with small error and uncertainty. It also can identify the cross beam position of damage and of crossing. The software(ANSYS)analysis result confirm the experiment data. And the method have its application or other structures.

    目 錄 摘要……………………………………………………Ⅰ 英文摘要………………………………………………Ⅱ 致謝……………………………………………………Ⅲ 目錄……………………………………………………Ⅳ 表目錄…………………………………………………Ⅷ 圖目錄…………………………………………………Ⅸ 符號說明………………………………………………XII 第一章 緒論………………………………………….1 1-1 前言……………………………………………..1 1-2 文獻回顧…………………………………………2 1-3 本文架構…………………………………………4 第二章 振動與模態分析理論.………………………5 2-1 前言………………………………………………5 2-2 自由振動…………………………………………6 2-2.1 具阻尼之自由振動分析………………………6 2-2.2 懸臂樑之振動析………………………………6 2-3 實驗模態分析……………………………………10 2-3.1 頻率反應函數………………………………..10 2-3.2 振形分析..............................11 2-3.3 自然頻率分析........................…12 2-4 振動問題解析程序………………………......12 2-5 實驗模態分析流程………………………......15 第三章 訊號分析方法……………………………….18 3-1 時域訊號…………………………………………18 3-2 傅立葉轉換………………………………………19 3-3 Gabor轉換……………………………………….21 3-4 小波轉換…………………………………………23 3-4.1 小波函數………………………………………23 3-4.2 連續小波轉換…………………………………26 3-4.3 離散小波轉換…………………………………28 3-4.4 正交基底………………………………………29 3-4.5 Mallat運演算法………………………………30 3-4.6 小波分析與傅立葉轉換的比較………………33 3-5 小波包分析………………………………………35 3-5.1 小波包的構造…………………………………36 3-5.2 小波包的元素…………………………………37 3-5.3 小波包結點範數…………................38 3-6 訊號奇異性檢測…………………………………39 3.8 Daubechies (dbN)小波系…………………….42 第四章 數值分析……………………………………44 4-1 前言…………………….……………………….44 4-2 分析破損樑的小波選擇…………………………44 4-3 ANSYS模擬……………………………………….49 第五章 振動訊號量測……………………………….55 5-1 訊號量測系統……………………………………55 5-2 訊號量測過程…………………………………..57 第六章 振動訊號分析……………………………….63 6-1 前言………………………………............63 6-2 訊號量測…………………………………………63 6-3 自然頻率…………………………………………65 6-4 離散小波包轉換…………………………………68 6-5 模態值計算……….…………………………….73 6-5.1模態振型比對………...……………………..78 6-5.2 實驗交叉破壞樑奇異性指數計算.…….....79 6-6 實驗訊號分析結果討論…………………………82 第七章 結論與建議…………………………….....83 7-1 結論……………………....................83 7-2 建議……………………………..............84 參考文獻………………………………………………87

    參考文獻
    【1】Meyer Y., “Wavelets Algorithms and Application,” Siam, 1993.
    【2】Pandey,A.K., Biswas, M., Samman, M.M., “ Damage detection from
    changes in curvature mode shapes,”. Journal of Sound andVibration
    Vol.145 (2),321–332 , 1991.
    【3】Pandey,A.K.,Biswas, M., “Damage detection in structures using changes
    in flxibility,” Journal of Sound and Vibration ,Vol.169 (1),3–17,1994.
    【4】Ratcliffe,C.P., “ Damage detection using a modified Laplacian operator
    on mode shape data,” Journal of Sound and Vibration
    Vol.204(3),503–517, 1997.
    【5】Jeong,H., Jang, Y.S., “ Fracture source location in a thin plate
    using the wavelet transform of dispersive waves,” IEEE Transactions
    on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control ,Vol.47,612–619, 2000.
    【6】Kim,Y.Y.,Kim, E.H., “Effectiveness of the continuous wavelet transform
    in the analysis of some dispersive elastic waves,
    ” Journal of the Acoustical Society of America ,Vol. 110,86–94, 2001.
    【7】Liew,K.M.,Wang,Q., “Application of wavelet theory for crack identication
    in structures,” Journal of Engineering Mechanics,
    Vol.124 (2),152-157, 1998.
    【8】Deng,X.,Wang, Q., “Crack detection using spatial measurements and
    wavelet,” International Journal of Fracture, Vol. 91,L23–L28, 1998.
    【9】Wang,Q., Deng,X., “Damage detection with spatial wavelets,”
    International Journal of Solids and Structures Vol.36,3443-3468, 1999.
    【10】Kim,Y.Y.,Lee, H.C.,Lee, Y.W., “Damage detection in a beam via the
    wavelet transform of mode shapes,” The Korean Society of
    Mechanical Engineers, Vol.24 (4),916–925, 2000.
    【11】Mallat S., “A Wavelet Tour Of Signal Processing,
    ” Academic Press, USA, 1998.
    【12】J.C. Hong,Y.Y. Kim,H.C. Lee, Y.W. Lee, “Damage detection using the
    Lipschitz exponent estimated by the wavelet transform: applications to
    vibration modes of a beam,” International Journal of Solids and
    Structures, Vol. 39, 1803-1816, 2002
    【13】A Chukwujekwu Okafor , A Dutta, “Structural damage detection in beams
    by wavelet transforms,” Smart Mater. Struct. Vol. 9, 906-917, 2000.
    【14】黎文明, “快速傅立葉轉換,” 復漢出版社, 台灣, 1985.
    【15】胡昌華, 張軍波, 夏軍, 張偉, “基於MATLAB的系統分析與設計:小波分析,
    ” 西安電子科技大學出版社, 中國大陸,1999.
    【16】飛思科技產品研發中心, “MATLAB6.5輔助小波分析與應用,”電子工業出版社,
    北京,2003.
    【17】蔡展榮, “小波基礎理論與應用課程講義,"
    國立成功大學空間及測量工程學系研究所, 2002.
    【18】許有村, “小波理論在機械結構破壞點偵測上的應用”,
    國立台灣大學機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國八十七年六月.
    【19】林昆達,“小波理論與類神經網路在橋樑非破壞檢測之應用,”
    私立中原大學土木工程研究所, 碩士論文, 中華民國九十年七月.
    【20】廖翊宏,“小波轉換應用於樑的破損偵測之研究,”
    國立成功大學造船暨船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國九十二年六月. 
    【21】王柏村, “振動學,” 全華科技, 台灣, 1996.
    【22】潘威成, “以模態實驗方法研究懸臂樑的振動行為 ,”
    國立成功大學土木工程研究所, 中華民國八十九年七月.
    【23】單維彰, “凌波初步,” 全華科技, 台灣, 2000.
    【24】王木百村, “實驗模態分析,” 課程講義, 台灣, 1996.
    【25】惠汝生, “自動量測系統-LabVIEW,” 全華出版社, 台灣, 2002.
    【26】蕭子健, “LabVIEW分析篇,” 高立出版社, 台灣, 2000.
    【27】蕭子健, “LabVIEW進階篇,” 高立出版社, 台灣, 2000.
    【28】吳志偉, “小波轉換在橋樑非破壞檢測之應用,”
    私立中原大學土木工程研究所, 碩士論文, 中華民國九十年七月.
    【29】張智星, “MATLAB程式設計與應用,” 清蔚科技, 台灣, 2000.
    【30】賴育良, 林啟豪, 謝忠祐, “ANSYS電腦輔助工程分析,” 儒林出版社, 台灣, 2000.

    下載圖示 校內:2006-02-14公開
    校外:2008-02-14公開
    QR CODE