具体描述
《结构模态分析及其损伤诊断》重点是基于应变模态分析的结构损伤诊断技术。全书共七章，分三大部分：第一部分为模态分析理论，包括第一章、第二章和第五章，介绍了模态分析技术及其应用，分别沦述了单自由度、多自由度系统位移模态分析原理，并阐述了应变模态分析理论及环境激励下的位移模态识别技术；第二部分为模态参数识别方法，包括第三章和第四章，分别介绍了频域、时域识別方法；第三部分为结构损伤诊断技术，包括第六章和第七章，分别沦述了位移类损伤指标法、应变类损伤指标法，提出并阐述了基于损伤应变模态差分原理的损伤位置直接指标法、基于局域应变模态面积的损伤程度直接指标法。
结构健康监测与智能维护 聚焦前沿技术，构建可持续发展基础设施 本书导览： 本书深入探讨了土木、机械、航空航天等领域中，关于结构健康监测（SHM）和智能维护的理论基础、关键技术及实际应用。面对日益复杂和老化的基础设施，如何实现从周期性人工检查向实时、自动化、预测性维护的转变，是当前工程界面临的重大挑战。本书旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面、系统的知识框架，帮助他们掌握利用现代传感、数据分析和人工智能技术，提升结构安全性和使用寿命的方法。 核心内容架构： 本书的编写严格遵循工程实践与科学研究的结合原则，涵盖了从基础理论到前沿算法的完整体系。内容主要围绕以下几个核心板块展开： 第一部分：结构健康监测基础与传感器技术 本部分奠定了SHM系统的基础知识体系。首先，对结构动力学基本理论进行了回顾，重点讲解了模态参数（固有频率、阻尼比、振型）的物理意义及其在结构状态评估中的核心作用。随后，详细介绍了用于数据采集的各类传感器技术，包括但不限于： 基于光纤的光栅传感器（FBG）： 重点阐述了其在应变测量、温度补偿以及分布式传感方面的优势与局限性。 压电（PZT）传感器： 探讨了PZT作为激励源和响应传感器的双重作用，及其在超声波导模态（Ugw）技术中的应用潜力。 加速度计与应变片： 经典传感器的优化与高密度阵列布局策略。 非接触式测量技术： 激光多普勒测振仪（LDV）和基于视觉的无源监测方法在大型结构健康评估中的应用前景。 本部分强调了传感器选型、安装质量和数据预处理对后续分析精度的决定性影响，并详细讨论了传感器网络设计中的信息冗余与有效覆盖问题。 第二部分：模态数据获取与参数识别 这是SHM系统的核心环节，涉及如何从海量的环境激励或主动激励响应数据中准确提取结构的动态特性。 环境激励下的系统辨识： 详细分析了随机波输入（如风、交通荷载）下的数据采集策略，并重点介绍了随机子空间辨识（SSI）方法、频域分解（FDD）算法及其在提高信噪比方面的改进方案。 模态参数的估计与收敛性分析： 对时域方法（如频域分解方法）和频域方法进行了深入对比。特别关注了大型复杂结构中，由于测量点有限导致的模态可观测性问题，并引入了最小二乘支持向量机（LS-SVM）在模态峰值识别中的应用。 阻尼识别技术： 由于阻尼参数对材料衰减和连接松动极为敏感，本章专门探讨了基于能量耗散和半功率带宽法的改进算法，以应对非比例阻尼和状态相关的阻尼变化。 第三部分：损伤识别的理论模型与先进算法 本部分是本书的重点，专注于如何将识别出的模态参数变化转化为具体的损伤位置和严重程度。 基于损伤敏感指标的特征提取： 详细介绍了与模态振型变化相关的损伤指标，如振型曲率损伤指标（Mode Shape Curvature Index, MSCI）和灵敏度分析，并探讨了其在梁、板结构中的适用性。 基于机器学习的损伤定位： 引入了深度学习在损伤识别中的应用，特别是卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）在处理时间序列振动数据方面的优势。重点讲解了如何利用迁移学习技术，解决训练数据量不足的现实问题。 有限元模型更新与损伤识别的耦合： 讨论了如何利用遗传算法（GA）或粒子群优化（PSO）算法，在保持结构几何拓扑不变的前提下，迭代更新有限元模型的材料参数和界面刚度，以使模型预测的模态特性与实际测量值达到最优匹配，从而实现损伤的定量评估。 第四部分：结构状态评估与预测性维护 本部分将理论分析成果转化为工程决策支持系统。 损伤的演化模型： 探讨了基于可靠性理论的结构退化模型，如Weibull分布和Gamma过程，用于描述疲劳裂纹的扩展和承载能力的逐步下降。 状态基维护（CBM）策略： 结合实时监测数据，构建概率性的结构剩余使用寿命（RUL）预测框架。介绍了贝叶斯滤波算法（如卡尔曼滤波和粒子滤波）在状态估计和不确定性量化中的应用。 无线传感器网络（WSN）与边缘计算： 讨论了如何优化大规模监测数据流的管理，利用边缘计算节点进行初步数据清洗和特征提取，降低云端数据处理的压力，提高响应速度。 本书特色与价值定位： 本书的撰写严格避免了对特定设备型号的过度依赖，而是聚焦于普适性的数学建模和算法原理。内容强调了数据驱动与物理模型相结合的混合方法论，这代表了当前结构健康监测领域的发展方向。通过对实际工程案例（如桥梁、高层建筑和风力发电机叶片）的分析，本书为读者提供了将复杂的理论知识转化为可靠工程判断的实践路径。读者将能够掌握建立一套完整的、能够适应不同激励环境和结构类型的SHM系统的核心能力。
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