在土木、水利、機械、航空航天等多個領域，工程結構在長期服役過程中，會受到環(huán)境侵蝕、材料老化、動荷疲勞、人為破壞以及突變效應等不利因素的耦合作用，不可避免地會產(chǎn)生損傷。結構損傷的累積必然會削弱結構性能，降低結構的安全性，并可能引發(fā)災害性突發(fā)事故。對結構早期的損傷進行檢測，進而采取有效、及時的修補措施，既有利于降低維護費用，又能夠保證結構可靠、安全運行，延長結構服役壽命。從20世紀90年代開始，計算機、信息和傳感技術的交叉融合逐漸加強，為結構損傷檢測理論和技術的發(fā)展帶來了契機。目前結構損傷檢測已成為具有重大科技價值且國內外亟須研究的課題。
基于振動理論和波動理論的結構損傷檢測是結構損傷檢測領域的兩個主要分支，本書所涉及的內容是以振動理論為基礎的結構損傷檢測的一個前沿課題。以振動理論為基礎的結構損傷檢測的力學原理是：結構動力學參數(shù)（固有頻率、振型、模態(tài)阻尼）是結構物理特性（質量、剛度、阻尼）的函數(shù)，損傷所致結構物理特性的改變必然會引起結構動力學參數(shù)的變化。因此，依據(jù)結構動力學參數(shù)的改變可以辨識結構損傷的發(fā)生及發(fā)展狀況。與固有頻率、模態(tài)阻尼等動力學參數(shù)相比，振型既能描述結構的整體力學特性，又能刻畫結構的局部動力狀態(tài)，因而在表征結構損傷方面具有特色和優(yōu)勢。迄今，以結構振型及其衍生量為基礎，國內外學者已提出了一系列結構損傷檢測方法，如模態(tài)保證標準判別法、坐標模態(tài)保證標準判別法、模態(tài)曲率法、模態(tài)應變能法等。這些方法各有優(yōu)點，適用于一些特定的損傷檢測情況，但也普遍存在抗噪能力弱、對輕微損傷不敏感等不足。
小波變換和分形理論是近期出現(xiàn)的應用數(shù)學工具。小波變換在消除噪聲方面具有獨特的優(yōu)勢，而分形理論在提取動力響應弱奇異特征方面能力突出，兩者的優(yōu)勢融合為噪聲環(huán)境下結構弱損傷特征的提取開辟了一個新途徑。本書對小波變換與分形理論相結合的結構損傷檢測進行了專門研究，提出了振型小波變換系數(shù)法、振型分形維跡線法等多個新的結構損傷特征量，為克服上述基于振動理論的結構損傷檢測的不足提供了新理論、新方法和新思路。
本書研究小波變換與分形理論相結合的結構損傷識別理論與技術，其中主體內容為作者近五年的研究成果，科學重點是在理論分析、數(shù)值模擬和試驗驗證的基礎上，發(fā)展小波變換與分形理論相結合的結構損傷識別理論與技術。全書共5章：第1章介紹結構損傷檢測的國內外發(fā)展現(xiàn)狀，重點評述以振型及其衍生量為動力特征建立的結構損傷檢測理論與方法；第2章闡述小波分析與分形理論相結合進行結構損傷檢測的理論支撐和技術要點，并以數(shù)值模擬和物理試驗為基本手段對結構損傷檢測進行實例分析；第3章探討結構典型損傷形式——裂縫的七種代表性數(shù)值模擬技術，以及含損傷結構模態(tài)分析和工作變形分析的計算及測試方法；第4章和第5章分別呈現(xiàn)小波分析與分形理論融合進行梁類結構和板類結構損傷識別的新方法，重點闡述基于高階振型建立的對損傷敏感、抗噪能力強的結構損傷檢測理論與技術。
本書是在國家自然科學基金重點項目“災變條件下特高混凝土壩失效破壞的關鍵力學問題”（11132003）、中國博士后科學基金一等資助項目“基于多尺度高階振型空間的結構損傷分形維動力表征”（2014M560386）、國家自然科學基金青年科學基金項目“由高頻振動響應識別結構早期損傷的多分辨分形理論與方法”（51508156）、山東省自然科學基金項目“基于高階振型的結構輕微損傷診斷關鍵理論與方法”（ZR2014EL034）等的支持下完成的，并參考了許多國內外同行發(fā)表的研究成果，在此深表謝意。
本書的出版得到了中國博士后科學基金的資助，在此表示衷心感謝。
結構損傷診斷是一個涉及材料、結構、力學、信息、傳感、計算機等多學科交叉的、非常復雜的科學技術問題，該問題的若干方面仍處于研究和探索之中。本書側重展現(xiàn)這一領域在應用基礎研究方面的一些新發(fā)現(xiàn)和新進展，雖然作者力求無誤，但書中難免有疏漏或不足之處，懇請讀者批評指正，以期進一步完善。
書單推薦
