在土木、水利、機(jī)械、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，工程結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期服役過程中，會(huì)受到環(huán)境侵蝕、材料老化、動(dòng)荷疲勞、人為破壞以及突變效應(yīng)等不利因素的耦合作用，不可避免地會(huì)產(chǎn)生損傷。結(jié)構(gòu)損傷的累積必然會(huì)削弱結(jié)構(gòu)性能，降低結(jié)構(gòu)的安全性，并可能引發(fā)災(zāi)害性突發(fā)事故。對(duì)結(jié)構(gòu)早期的損傷進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而采取有效、及時(shí)的修補(bǔ)措施，既有利于降低維護(hù)費(fèi)用，又能夠保證結(jié)構(gòu)可靠、安全運(yùn)行，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)服役壽命。從20世紀(jì)90年代開始，計(jì)算機(jī)、信息和傳感技術(shù)的交叉融合逐漸加強(qiáng)，為結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)理論和技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了契機(jī)。目前結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)已成為具有重大科技價(jià)值且國(guó)內(nèi)外亟須研究的課題。
　　基于振動(dòng)理論和波動(dòng)理論的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)是結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)領(lǐng)域的兩個(gè)主要分支，本書所涉及的內(nèi)容是以振動(dòng)理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的一個(gè)前沿課題。以振動(dòng)理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的力學(xué)原理是：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)（固有頻率、振型、模態(tài)阻尼）是結(jié)構(gòu)物理特性（質(zhì)量、剛度、阻尼）的函數(shù)，損傷所致結(jié)構(gòu)物理特性的改變必然會(huì)引起結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化。因此，依據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的改變可以辨識(shí)結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生及發(fā)展?fàn)顩r。與固有頻率、模態(tài)阻尼等動(dòng)力學(xué)參數(shù)相比，振型既能描述結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)特性，又能刻畫結(jié)構(gòu)的局部動(dòng)力狀態(tài)，因而在表征結(jié)構(gòu)損傷方面具有特色和優(yōu)勢(shì)。迄今，以結(jié)構(gòu)振型及其衍生量為基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出了一系列結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法，如模態(tài)保證標(biāo)準(zhǔn)判別法、坐標(biāo)模態(tài)保證標(biāo)準(zhǔn)判別法、模態(tài)曲率法、模態(tài)應(yīng)變能法等。這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，適用于一些特定的損傷檢測(cè)情況，但也普遍存在抗噪能力弱、對(duì)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(yīng)用數(shù)學(xué)工具。小波變換在消除噪聲方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，而分形理論在提取動(dòng)力響應(yīng)弱奇異特征方面能力突出，兩者的優(yōu)勢(shì)融合為噪聲環(huán)境下結(jié)構(gòu)弱損傷特征的提取開辟了一個(gè)新途徑。本書對(duì)小波變換與分形理論相結(jié)合的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)進(jìn)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(gè)新的結(jié)構(gòu)損傷特征量，為克服上述基于振動(dòng)理論的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)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(jié)合的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別理論與技術(shù)，其中主體內(nèi)容為作者近五年的研究成果，科學(xué)重點(diǎn)是在理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，發(fā)展小波變換與分形理論相結(jié)合的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別理論與技術(shù)。全書共5章：第1章介紹結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)評(píng)述以振型及其衍生量為動(dòng)力特征建立的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)理論與方法；第2章闡述小波分析與分形理論相結(jié)合進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的理論支撐和技術(shù)要點(diǎn)，并以數(shù)值模擬和物理試驗(yàn)為基本手段對(duì)結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)進(jìn)行實(shí)例分析；第3章探討結(jié)構(gòu)典型損傷形式——裂縫的七種代表性數(shù)值模擬技術(shù)，以及含損傷結(jié)構(gòu)模態(tài)分析和工作變形分析的計(jì)算及測(cè)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(jìn)行梁類結(jié)構(gòu)和板類結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的新方法，重點(diǎn)闡述基于高階振型建立的對(duì)損傷敏感、抗噪能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)理論與技術(shù)。
　　本書是在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“災(zāi)變條件下特高混凝土壩失效破壞的關(guān)鍵力學(xué)問題”（11132003）、中國(guó)博士后科學(xué)基金一等資助項(xiàng)目“基于多尺度高階振型空間的結(jié)構(gòu)損傷分形維動(dòng)力表征”（2014M560386）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“由高頻振動(dòng)響應(yīng)識(shí)別結(jié)構(gòu)早期損傷的多分辨分形理論與方法”（51508156）、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于高階振型的結(jié)構(gòu)輕微損傷診斷關(guān)鍵理論與方法”（ZR2014EL034）等的支持下完成的，并參考了許多國(guó)內(nèi)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(guó)博士后科學(xué)基金的資助，在此表示衷心感謝。
　　結(jié)構(gòu)損傷診斷是一個(gè)涉及材料、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、信息、傳感、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉的、非常復(fù)雜的科學(xué)技術(shù)問題，該問題的若干方面仍處于研究和探索之中。本書側(cè)重展現(xiàn)這一領(lǐng)域在應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面的一些新發(fā)現(xiàn)和新進(jìn)展，雖然作者力求無(wú)誤，但書中難免有疏漏或不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，以期進(jìn)一步完善。