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研究生: 錢宏泰
Chian, Hon-Tai
論文名稱: 小波轉換應用於平板破損偵測之研究
A Study of Structural Damage Detection in Plates 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: 101
中文關鍵詞: 破壞偵測小波轉換彎曲波
外文關鍵詞: wavelet transform, flexural waves, damage detection
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  •   本研究基於利用小波轉換方法對有缺陷的長方形平板經敲擊後產生的彎曲波進行分析,進而預測平板上的破壞存在及其位置。本文是以製作的長方形鋁板利用鐵座將兩邊固定,將單軸應變規布建於板上,經敲擊後取得各應變規的應變訊號,之後利用小波進行頻域分析找出彎曲波由敲擊點至各應變規的波程時間,進而求得彎曲波在各頻率中的波群速度。當彎曲波在傳遞中遇到結構缺陷時會產生散射波,因此在量得的訊號中含有彎曲波的直接波傳與缺陷引起的散射波傳,再利用直接波傳的波程時間與散射波傳的波程時間差及所計算出的彎曲波群度,透過簡單尋優方程式得到擁有全域性及小值的等高線圖,反求破壞位置。
      本研究方法優點可以替代超音波檢測,節省實驗儀器的成本,而缺點在於無法探求缺陷大小形狀與深度,未來可利用多點應變規量測並發展平板缺陷散射波頻譜特徵的數值方法來反求缺陷大小,達到最佳非破壞檢測效果。

      n this investigate, a method of predicting crack existence and its location in a rectangular plate is provided by wavelet analysis of flexural waves from impact. In the experiment, the strain histories caused by impact are measured by strain gauges which are built on the rectangular simply supported plate. Then the wavelet transform will be applied to identify the group velocity of flexural wave by the arrival time of every measuring point in time-frequency analysis. The flexural waves will produce dispersive waves when propagate through the flaw of plates, so the measured signals include the direct waves propagation from impact and dispersive waves propagation from the flaw. By using the group velocity of the flexural and the time lag between the direct wave and the dispersing wave to apply the simplex algorithm method, the exact location of the flaw can be found by the contour map containing the global minimum and from the map, the flawed position can easily be detected.
      The advantage of the method in this investigate can be instead of the ultrasonic method for structural damage detection and lessen the cost of the equipment, but it can’t detect the shape and the depth of flaws. Utilizing multiple-array measurement and to develop a numerical analysis of the dispersive waves’ spectra will get the exact result of flawed shape and depth in the future.

    目錄 摘要…………………………………………………………Ⅰ 英文摘要……………………………………………………Ⅱ 誌謝…………………………………………………………Ⅲ 目錄…………………………………………………………Ⅳ 表目錄………………………………………………………Ⅶ 圖目錄………………………………………………………Ⅷ 符號說明……………………………………………………XIII 第一章 緒論………………………………………………1 1-1 前言……………………………………………………1 1-2 研究動機………………………………………………2 1-3 文獻回顧………………………………………………3 1-4 本文架構………………………………………………7 第二章 時頻分析……………………………………………8 2-1 前言……………………………………………………8 2-2 傅立葉轉換……………………………………………8 2-3 Gabor轉換…………………..…………………………10 2-4 小波轉換相較於傅立葉轉換的優勢…………………11 第三章 小波理論……………………………………………14 3-1 小波轉換………………………………………………14 3-1-1 希伯特空間……………………………………15 3-1-2 小波函數…………………………………………15 3-1-3 連續小波轉換……………………………………18 3-1-4尺度參數與頻率參數的關係……………………19 3-2 離散小波轉換…………………………………………20 3-2-1 近似空間與細節空間……………………………20 3-2-2 Mallat運演算法……………………………………22 3-2-3 正交基底………………………………………………26 3-3小波家族與小波函數之選取…………………………………27 3-4小波理論應用於波之分析…………………………………31 3-4-1彎曲波在板中的形成………………………………………31 3-4-2二維平面中波的描述………………………………………32 3-4-3 Morlet小波…………………………………………………34 第四章 模型建立與應變訊號量測…………………………………36 4-1 訊號量測系統……………………………………………………36 4-2 訊號量測儀器……………………………………………………37 4-3 訊號量測過程……………………………………………………39 4-3-1彎曲波群速度的量測…………………………………………42 4-3-2缺陷位置的反算………………………………………………43 第五章 訊號分析與處理…………………………………………45 5-1彎曲波波群速度分析………………………………………………45 5-2平板缺陷散射波的訊號分析………………………………………49 5-3缺陷位置的反算……………………………………………………62 5-4不同破損程度的偵測之訊號分析…………………………………69 5-5不同敲擊點對破損偵測的影響分析………………………………76 第六章 結論與建議……………………………………………………77 6-1 結論………………………………………………………………77 6-2 未來研究建議………………………………………………………78 參考文獻…………………………………………………………………80 附錄一 平板彎曲波波群速度之訊號處理……………………………82 附錄二 平板缺陷散射波的波程時間分析……………………………84

    【1】 Bendat J. S., “Random Date Analysis and Measurement Procedure,” WILEY Singapore, 1991
    【2】 A. Trochidis, E. Douka, S. Loutridis, “Crack Identification in Plates Using Wavelet analysis,” Journal of Sound and Vibration Vol.270(1-2), 279-295, 2004
    【3】 Oehlmann H., “A Method For Analysis Gearbox Faults Using Time-Frequency Representation,” Mechanical Systems and Signal Processing, Vol.11(4), 530-545, 1997
    【4】 Papy B. A., “Artificial Neural Networ Based Fault Diagnostics of Rotating Machinery Using Wavelet Transform as A Preprocessor,” Mechanical Systemsand Signal Processing, Vol.11(5), 752-756, 1997
    【7】. Pandey,A.K.,Biswas, M., “Damage detection in structures using changes in flxibility,” Journal of Sound and Vibration , Vol.169 (1), 3-17, 1994
    【8】 Pandey,A.K., Biswas, M., Samman, M.M., “ Damage detection from changes incurvature mode shapes,”. Journal of Sound andVibration Vol.145 (2), 321-332, 1991
    【9】 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
    【10】 Aoshima N., Igarashi J. “Measurement of Flexural Wave Propagation Velocity By Correlation Techniques,”Tokyo. Univ-Inst Space & Aeronautical Science-Report vol.436, 37-53, 1969
    【11】 Cawley P., “Detection of delaminations using flexural waves,” NDT International, Vol 23(4), 207-213, 1990
    【12】 H. Inoue, K. Kishimoto, T. Shibuya, “Experimental Wavelet Analysis of Flexural Waves in Beams,” Experiment Mechanics, Vol.36(3), 212-217, 1996
    【13】 L. Gaul and S. Hurlebaus, “Identification of Impact Location on A Plate Using Wavelets,” Mechanical System & Signal Processing, Vol.12(6), 783-795, 1998
    【14】 Jiayong Tian, Zheng Li, Xianyue Su, “Crack Detection in Beams by Wavelet Analysis of Transient Flexural Wave,” Journal of Vibration, Vol.261(4), 715-727, 2003
    【15】 Shie Qian, and Dapang Chen, “Joint Time-Frequency Analysis Methods and Applications,” Prentice Hall inc., USA, 1996
    【16】. Meyer Y., “Wavelets Algorithms and Application,” Siam, 1993
    【17】 Mallat S., “A Wavelet Tour of Signal Processing,” Academic Press, USA, 1998
    【18】 王智中, “小波理論應用於旋轉機器故障診斷之分析,” 國立成功大學造船暨船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國八十八年六月
    【19】 劉承揚, “小波理論應用於結構自然頻率與阻尼比分析之研究,” 國立成功大學造船暨船舶機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國九十年六月
    【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】 李金福, “平板缺陷的板波散射及主動式偵測研究,” 國立交通大學機械工程研究所, 碩士論文, 中華民國九十一年六月
    【22】 吳立中, “二維小波轉換應用於波場影像分析之研究,” 國立成功大學海洋工程研究所, 碩士論文, 中華民國九十一年五月
    【23】 蔡展榮, “小波基礎理論與應用課程講義,” 國立成功大學測量工程研究所, 2000
    【24】 黎文明, “快速傅立葉轉換,” 復漢出版社, 台灣, 1985
    【25】 單維彰, “凌波初步,” 全華科技, 台灣, 2000
    【26】 侯國琛 譯,“非破壞性檢測,” 徐氏基金會, 台灣, 1992
    【27】 胡昌華,等 “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
    【28】 張智星, “MATLAB程式設計與應用,” 清蔚科技, 台灣, 2000
    【29】 賴育良等, “ANSYS電腦輔助工程分析,” 儒林出版社, 台灣, 2000
    【30】 蕭子健, “LabVIEW分析篇,” 高立出版社, 台灣, 2000
    【31】 蕭子健, “LabVIEW進階篇,” 高立出版社, 台灣, 2000

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    校外:2005-02-05公開
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