基于希爾伯特—黃變換（HHT）的地震作用結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別.pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)及損傷檢測(cè)是當(dāng)前工程界與學(xué)術(shù)界研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題,本文綜述了目前結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法的研究狀況及使用范圍.由于時(shí)程數(shù)據(jù)處理方法上的缺陷,傳統(tǒng)上基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)損傷分辨的研究大多都是假定系統(tǒng)在損傷前后為線性的前提下,通過比較系統(tǒng)在損傷前后的系統(tǒng)特性來進(jìn)行損傷檢測(cè). 本文提出的損傷檢測(cè)思路是通過在時(shí)域上識(shí)別出結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)特征參數(shù),如瞬時(shí)固有頻率來判斷結(jié)構(gòu)的健康狀況,即現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)損傷檢測(cè).結(jié)構(gòu)瞬時(shí)特征參數(shù)的變化時(shí)刻和改變程度分別表現(xiàn)

2、了結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)入非線性狀態(tài)的時(shí)刻和開展的程度. 上述損傷檢測(cè)方法的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析獲得結(jié)構(gòu)非線性信息. 在整個(gè)地震工程學(xué)領(lǐng)域中,頻譜分析扮演著非常重要的角色,但地震動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的非平穩(wěn)隨機(jī)過程,并且當(dāng)結(jié)構(gòu)在地震波激勵(lì)下破壞時(shí),振動(dòng)會(huì)體現(xiàn)出明顯的非線性特征,基于傅立葉變換的傳統(tǒng)頻譜分析方法已經(jīng)難以發(fā)揮作用. 近20年來隨著信息技術(shù)的發(fā)展,各種信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并得到了蓬勃發(fā)展.本文簡(jiǎn)要介紹和比較了短

3、時(shí)傅立葉變換、Wigner-Wille分布、小波變換等目前廣泛使用的時(shí)頻分析方法.但上述方法都不能很好地描述非線性、非穩(wěn)態(tài)信號(hào)的時(shí)一頻特征.文章重點(diǎn)介紹了新近提出的希爾伯特一黃變換(HHT)這一非線性、非平穩(wěn)信號(hào)處理方法,該方法創(chuàng)造性地提出經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法,結(jié)合Hilbert變換定義具有明確物理意義的瞬時(shí)頻率,獲得信號(hào)的時(shí)-頻譜--Hilbert譜,并衍生出邊際譜、能量譜和瞬時(shí)能量譜. 本文計(jì)算和分析了EI Centro、Lom

4、a Prieta、Northbridge三條典型地震波的邊際譜和Fourier頻譜,對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,指出邊際譜具有明確的物理意義,能更準(zhǔn)確地反映地震動(dòng)信號(hào)的頻域特征,顯示出HHT這一方法的優(yōu)越性. 基于傅立葉頻響函數(shù)的思路,作者定義了由系統(tǒng)響應(yīng)輸出與系統(tǒng)激勵(lì)輸入的邊際譜相除的HHT頻響函數(shù)和HHT時(shí)一頻率響應(yīng)譜.通過對(duì)邊際譜曲線作一"移動(dòng)頻帶加權(quán)"處理的方法,基本消除瞬時(shí)頻率值求解誤差對(duì)邊際譜相除產(chǎn)生的影響.通過HHT頻響

5、函數(shù)和HHT時(shí)-頻率響應(yīng)譜對(duì)一個(gè)三線型剛度退化模型做了在不同震級(jí)地震波激勵(lì)下的數(shù)值模擬.在結(jié)構(gòu)彈性階段,識(shí)別了結(jié)構(gòu)的振動(dòng)狀態(tài),并通過取不同閾值計(jì)算"中心頻率"求得了結(jié)構(gòu)前兩階固有頻率；當(dāng)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下由無損到開裂直至屈服,逐漸體現(xiàn)非線性振動(dòng)時(shí),HHT時(shí)一頻率響應(yīng)譜能準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷出現(xiàn)時(shí)刻.通過第一階"中心頻率"在時(shí)域上的改變時(shí)刻和改變程度分別確定了結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷時(shí)刻和描述了損傷程度. 作為HHT方法在實(shí)際結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中應(yīng)用的嘗