Hilbert-Huang变换在结构损伤识别中的应用

为了识别出结构损伤情况,对结构加速度响应信号进行经验模态分解(EMD),得到各阶固有模态函数(IMF),利用第一阶IMF便可以识别出结构损伤发生的时刻及位置。然后利用对各阶IMF进行希尔伯特变换(HT)得到的瞬时频率和Hilbert谱来识别出结构损伤的程度。最后通过对一三层剪切型框架结构的实例分析,证明了该方法的有效性。     

基于HHT的多自由度结构渐进损伤特征提取方法

大型复杂工程结构的损伤实际上是一个渐进损伤的过程,为解决结构损伤识别中非平稳随机信号的时变性并有效地识别这个损伤过程,研究了基于Hilbert-Huang变换的结构渐进损伤特征提取方法.首先模拟产生了多自由度结构系统发生渐进损伤的加速度振动信号;然后对加速度振动信号进行经验模式分解,将其分解为多个平稳的固有模式函数之和;再选取若干个包含主要损伤信息的固有模式函数进行Hilbert变换,提取瞬时频率作为特征参数进行损伤特征提取.研究结果表明:HHT是一种有效的信号处理方法,通过提取瞬时频率,可以准确地提取结构渐进损伤的特征.     

EMD和小波变换在结构模态参数辨识中的应用

针对希尔伯特-黄变换方法在振动信号处理中不能有效地进行模态解耦的缺点,提出一种将经验模式分解和小波变换相结合的结构模态参数辨识方法．首先利用经验模式分解方法对结构响应信号进行分解,获得多个本征模函数以完成结构模态的筛选过程,并根据模态筛选得到的本征模函数进行信号重构;然后对重构信号进行Morlet小波变换和模态解耦,获得信号小波变换系数的瞬时幅值和瞬时相位拟合曲线,并在此基础上计算出结构的各阶模态频率、阻尼和振型．结果表明,利用小波变换对本征模函数的叠加信号进行参数辨识代替对单个本征模函数进行希尔伯特变换,更能有效地进行模态解耦,从而获得更为准确的结构模态参数信息．     

基于响应能量和连续小波变换的复合材料结构损伤检测

提出了一种基于响应能量和连续小波变换联合检测损伤的方法.首先测试随机激励下完好结构以及损伤结构各个节点的响应信号能量并分别组成能量向量,然后选取正交小波函数,分别对损伤前后的能量向量进行连续小波变换,根据损伤前后小波系数的变化来检测结构的损伤,并以小波系数二次差分的极大值作为损伤指标来进行损伤定位.该方法仅仅利用结构在随机激励下的时域响应信号,并不需要进行结构建模.通过对带有不同位置分层损伤的复合材料层合梁和层合板的损伤检测,验证了该方法的可行性和有效性.     

抑制经验模分解边缘效应的极值点对称延拓法

经验模分解(Em p iricalM ode D ecom position,EMD)是希尔伯特-黄变换(HHT)的核心,而经验模分解方法的关键是对提取固有模式函数(Intrinsic m ode function,IM F)时所谓边缘效应问题的处理。提出了极值点对称延拓方法,用来对边缘效应问题进行处理。算例分析结果表明该方法的算法简单,计算速度快,能有效地抑制EMD分解时的边缘效应,分解得到的固有模式函数完备地体现了原信号真实的频率和幅值信息。在信号重构时不会带来原始信号的畸变。     

小波分析在桥梁结构损伤检测中的应用

大型土木建筑结构在长期使用过程中会因各种因素而产生损伤和结构强度退化,如果没有及时发现和采取必要的措施,将可能发生严重的事故,造成生命和财产的巨大损失。利用结构的振动特性的变化评估其健康状况,是当前研究的热点问题。本文基于结构振动测试和小波变换技术,确定结构可能发生的整体性能退化或局部损伤的大小和位置,以便应用于大型结构尤其是桥梁结构的在线损伤检测中。首先通过数值模拟分析得到结构的振动响应信号,再经过小波分析得到各阶子信号,进而获得各阶子信号的能量谱及损伤前后能量谱的变化。通过观察各阶子信号的差异和能量谱的变化评价结构的损伤状态。     

基于曲率模态和小波变换的简支梁桥损伤识别方法

小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力,能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别.本文在曲率模态基础上,提出了一种基于小波变换的梁式结构损伤识别方法.利用双正交小波函数对损伤前后结构的曲率模态进行小波变换,通过小波变换系数的变化和分布情况建立了结构损伤指标,可判定损伤存在,确定损伤位置和估计损伤程度.并通过一简支梁桥中T形截面梁的数值模拟对该方法进行了验证.     

EMD遗传神经网络方法

针对BP(back propagation)神经网络搜索速度慢、容易陷入局部最小的缺陷,提出了经验模态分解(EMD)遗传神经网络方法,首先用对带噪的信号进行分解,得到信号的各阶本征模函数分量,每个本征模函数分量对应着一个能量不同的频段,即一种故障特征,将各频段能量的特征向量作为优化神经网络的输入样本;其次用遗传算法对神经网络的初始权值和阈值进行优化.利用EMD遗传神经网络方法对滚动轴承多类故障信号进行分析,可提高故障识别能力.     

钢筋混凝土构件损伤状态的声发射识别

为实现钢筋混凝土构件的损伤识别,利用声发射技术对钢筋混凝土梁进行了损伤监测研究。采用Hilbert-Huang变换对声发射信号进行了分析,利用经验模态分解(EMD)将信号分解为固有模态函数(IMF),得到Hilbert谱,反映信号时频特性。从IMF中提取声发射特征参数,即固有模态函数最大瞬时幅值和特征瞬时频率。通过参数与波形的混合分析,确定钢筋混凝土构件的损伤状态,获得结构加固修复和失效破坏的两个安全预警信号,为声发射技术应用于钢筋混凝土结构健康监测提供理论基础。     

基于“能量-故障”的复合材料层合板裂纹损伤检测与识别

对一含裂纹的复合材料层合板，通过粘贴在其表面一对压电压（一片作为传感器，一片作为激振器）构造子结构动力响应的激励和检测系统。通过守好板和损伤板的振动模态参数和时域响应信号比较，探讨了识别复合材料结构损伤的可行性。同时，利用小波包分析，基于动力响应信号各频率段的能量分布，撮结构损伤的特征量来表征结构损伤情况。结果表明，当用一个含有丰富频率成分的信号作为输入对系统进行激励时，可以较为准确地识别复合材料结构的裂纹损伤。     

基于决策树的导管架海洋平台损伤定位

目的为提高导管架平台损伤定位的精确性和鲁棒性．方法将决策树模式识别分类方法与结构振动响应结合引入海洋平台的损伤定位,以节点的一阶模态振型差、斜率差、曲率差为损伤决策树属性构建决策树进行损伤定位．最后通过一个三腿导管架海洋平台的损伤定位验证所提方法的有效性．结果提出了一种基于决策树与振动响应的海洋平台损伤定位方法,数值算例表明该方法随着噪声水平的加大和损伤程度的降低,损伤定位的准确率不断下降．运用该方法进行实验模型的损伤定位精度高于90％．结论该方法具有较好的定位效果,在实际工程中有一定的适用性和实用价值．     

基于一阶振型的海洋平台二阶段损伤定位方法

海洋平台等大型复杂结构其高阶模态难以激起和测试,甚至只能识别出一阶模态振型和前几个低阶模态频率,因此,利用少量低价模态进行损伤诊断显得尤为重要。本文提出了仅利用一阶模态振型对海洋平台进行损伤位置诊断的二阶段法：先利用模态曲率变化率确定损伤的大体位置,再利用一阶模态应变能分别确定主导管和撑杆是否损伤及其位置。最后通过一个三腿导管架海洋平台有限元数值模型验证了该方法的可行性和有效性。研究发现,本文提出的方法具有较好的识别精度,具有一定的适用性。     

利用模态应变能指标的斜拉桥拉索损伤识别

由于拉索是大跨度斜拉桥的主要承重构件之一,拉索中的损伤对于大跨度斜拉桥结构的安全会产生不利的影响.为实现对斜拉桥拉索损伤识别确保结构的安全,首先给出单元模态应变能定义,然后分析了基于单元模态应变能的损伤识别机理,提出了基于单元模态应变能变化率斜拉桥拉索损伤识别的实用方法,并以国内某重点斜拉桥为试验对象模拟3种不同的损伤工况情况,研究该方法的适用性.试验研究结果表明,单元模态应变能变化率指标是斜拉桥拉索损伤很好的敏感标识量,对单位置拉索损伤能够准确地给予识别,对于多位置拉索损伤识别,指标也能给予较好识别效果.该方法为斜拉桥拉索损伤检测提供了一条可靠有效的途径.     

基于振型数据的框架结构损伤评估

近年来对结构的损伤评估多局限于小型结构,并强调利用结构损伤前后较高阶的模态数据。本文将结构的损伤评估分为定位和定量两个独立的过程,基于结构损伤后的振型数据,实现了对一平面框架结构的精度损伤评估。数值模拟结果表明,本方法对大中型结构的损伤评估具有重要的现实意义。     

Effects of foundation damage and water-level change on vibration modal parameters of gravity-type caisson structure

In this paper,the effects of foundation damage and water-level change on vibration characteristics of gravity-type caisson structure are examined by analyzing modal parameters extracted from output-only information.To achieve the objective,the following approaches are implemented.Firstly,vibration response analysis methods are selected to estimate power spectral density and modal parameters such as natural frequency,damping ratio and mode shape of a lab-scale caisson structural system.Secondly,vibration tests on the lab-scale caisson system are performed under a series of test scenarios which include three water-level changes and three damage levels.Thirdly,experimental modal parameters corresponding to the damaging cases as well as the water level cases are extracted by frequency domain decomposition method and stochastic subspace identification method.Finally,the effects of the water-level variation and foundation damage on the extracted modal parameters are examined to assess the feasibility of the vibration-based damage detection in gravity-type caisson structures under water-level uncertainty.     

一种基于小波的结构损伤识别方法研究

各类复杂结构在其服役期内,由于受到设计荷载以及各种其它突发因素的作用,使结构发生损伤,从而威胁整个结构的安全。为了保证结构的安全和减少结构的维护成本,采取有效方法对现役的工程结构进行损伤识别工作就显得尤为必要和迫切。本文通过小波变换方法提取模拟响应信号的模态频率,以达到对结构进行损伤识别的目的。模拟结果显示,基于小波变换的结构损伤识别方法将信号变换到时间—频率空间域上,较以往仅在时间或频率域识别方法更能准确地识别结构的模态频率。     

结构损伤检测的实验模态分析

阐述了实验模态分析的理论依据，选用工程上常见的矩形截面悬臂梁，通过实验模态分析对结构损伤引起的模态频率移动进行了研究。相对于位移曲率模态，提出了应变曲率模态的方法，并对该方法的有效性进行了实验验证，并就它们在实际应用中的不足之处进行了讨论。比较了位移模态和应变模态的不同响应结果，指出应变模态对局部损伤更加敏感。     

基于应变模态变化率的弯曲薄板结构损伤研究

以应变模态变化率作为识别参数,以弯曲薄板为研究对象,采用改变单元厚度的方法模拟结构损伤,应用有限元对结构进行模态分析和瞬态分析.模态分析获取板结构应变模态,以对称位置应变模态变化率的改变确定损伤,以改变值的差值大小判断损伤程度;瞬态分析以单元处应变模态变化率突变值,作为损伤定位和损伤程度判断.结果表明:应变模态改变率对于结构的损伤的敏感性强,易于定位.在此基础上给出了通过模态变化率直方图进行损伤识别定位的新方法,与应变模态的损伤识别方法比较表明验证该方法是有效的.