Optimization of the End Effect of Hilbert-Huang transform (HHT)

In fault diagnosis of rotating machinery, Hilbert-Huang transform(HHT) is often used to extract the fault characteristic signal and analyze decomposition results in time-frequency domain. However, end effect occurs in HHT, which leads to a series of problems such as modal aliasing and false IMF(Intrinsic Mode Function). To counter such problems in HHT, a new method is put forward to process signal by combining the generalized regression neural network(GRNN) with the boundary local characteristic-scale continuation(BLCC).Firstly, the improved EMD(Empirical Mode Decomposition) method is used to inhibit the end effect problem that appeared in conventional EMD. Secondly, the generated IMF components are used in HHT. Simulation and measurement experiment for the cases of time domain,frequency domain and related parameters of HilbertHuang spectrum show that the method described here can restrain the end effect compared with the results obtained through mirror continuation, as the absolute percentage of the maximum mean of the beginning end point offset and the terminal point offset are reduced from 30.113% and27.603% to 0.510% and 6.039% respectively, thus reducing the modal aliasing, and eliminating the false IMF components of HHT. The proposed method can effectively inhibit end effect, reduce modal aliasing and false IMF components, and show the real structure of signal components accurately.     

基于HHT对复合材料损伤的定位方法

复合材料在长期使用过程中不可避免地产生损伤,而复合材料在航空航天领域应用越来越多,所以复合材料的损伤检测就显得很重要.本文介绍一种用Iamb波对复合材料进行损伤检测的定位方法,该方法用HHT算法提取损伤特征.利用损伤处能量的衰减的特点,确定损伤位置;最后用实验验证该方法.研究结果表明：本文提出的损伤定位方法能有效地确定出在复合材料中的损伤.     

Evaluation of failure criteria for composite plate under high-velocity impact

Numerical simulations of bird-striking composite plates were conducted by using smoothed particle hydrodynamics and finite element method to evaluate the failure criteria. The damage prediction capability of four composite failure models (MAT22, MAT54, MAT55, and MAT58) with Shell and TShell element formulations was evaluated by using the finite element software LS-DYNA, and the numerical results were compared with the experimental results. Results show that the damage distributions of different composite material models differ significantly under high-velocity impact conditions. The time histories of the impact force and the kinetic energy of bird are similar for the four models. This condition can be attributed to the fact that the materials’ strength and elastic parameters are the same between the different models. The damage characteristics of MAT55 and MAT22 with TShell elements are poorly related to the experimental results. MAT58 with Shell and TShell element formulations shows good agreement with the experiments, and the TShell element can better avoid the boundary effect during the impact process.

     

HHT在Lamb波检测信号分析中的应用

将一种新的超声信号处理技术用于Lamb波波形中多个模式到达时间的提取。通过将希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)与快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)、小波变换(wavelettransform,简称WT)在时频分辨率方面的比较,表明HHT能够精确识别信号中两种频率分量突变的时刻,显示了HHT方法的优越性。将HHT方法的特性用于Lamb波模式到达时间的提取,从HHT的能量-时间图上可以看出,能量峰值时刻对应着各Lamb波模式的到达时间。试验结果与理论值具有较好的一致性。     

Hilbert-Huang变换中的模态混叠问题

希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)存在的模态混叠现象严重影响了实际应用效果。在分析研究HHT原理及模态混叠产生机理的基础上,提出了基于形态滤波预处理与端点延拓相结合的方法抑制模态混叠现象。与集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)方法比较,所提出的方法能够更快速、准确地分解出表征信号的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)分量。将该方法应用于滚动轴承的实测信号分析,结果表明,该方法在实际应用中同样具有很好的模态混叠抑制效果。     

运用希尔伯特黄变换的桥梁颤振导数识别

提出了一种基于希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,简称HHT)识别桥梁颤振导数的方法.根据HHT理论,首先利用经验模态分解(Emprical Mode Decomposition,简称EMD)将桥梁节段模型风洞试验中实测得到的自由振动加速度响应信号分解成一系列本征模函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)分量,对幅值最大的IMF分量作希尔伯特变换,得到其瞬时振幅和瞬时频率.通过信号处理,识别出结构的固有频率和模态阻尼比.其次,对自由振动时程进行时域拟合,获得结构的复振型.最后通过状态方程确定系统的8个颤振导数.数值仿真算例表明,该方法具有较好的抗噪性和可靠性,风洞试验也验证了该方法的可行性和有效性.     

Successive impact of segmented rods at high-velocity

The penetration capabilities of segmented rods consisting of multiple, small aspect ratio segments, (l/8<L/D < 1) are examined. Our investigation consisted of a series of axisymmetric numerical simulations for constant mass, diameter, and collapsed length. The calculations are limited to tungsten alloy in the form of segmented rods impacting rolled homogeneous armor steel (RHA) at 2.6 km/s successively with infinite spacing. The results of our numerical calculations show that the degradation of penetration performance of successive segments is indeed more pronounced for segments of smaller aspect ratios even at an impact velocity of 2. 6 km/s. There is a continual degradation of performance forL/D < 1 segments with the amount of degradation increasing as the aspect ratio decreases. The degradation in penetration is attributed to the material remaining in the cavity. This is verified from another set of simulations (the projectile residue was removed before the impact of the successive segments) which shows almost no degradation. There is a shift in the optimal segment size toward increasing segment aspect ratios when multiple segments are considered as compared to when only single segment performance is considered.     

基于希尔伯特－黄变换的往复运动摩擦力信号分析

往复运动中的摩擦力信号往往是非平稳信号,采用经验模式分解法可以自适应地分解这些非线性、非平稳信号,合理地提取其信号特征。应用希尔伯特－黄变换方法,分析不同往复速度和载荷条件下往复运动产生的摩擦力信号,并提取时频段能量比及其标准差,研究其润滑状态特征。结果表明：通过希尔伯特－黄变换并结合能量比分析,可以很好地反映出往复运动过程中润滑状态的变化;在一定载荷下,随着往复速度的增加,摩擦力频率成分趋于平稳,能量比标准差则逐渐减小;在一定往复速度下,随着载荷的增加,润滑状态变差,消耗的能量随之增大,能量比标准差逐渐减小;和往复速度相比,载荷对摩擦力频率分布影响相对较小。     

复合材料加筋壁板稳定性影响分析

分别运用特征值法和弧长法开展T字型加筋壁板稳定性及其影响因素分析.分析表明:特征值法和弧长法所得结果相近,弧长法分析结果较为安全,特征值法可作为观察模型屈曲位置及模态图的分析方法.加筋壁板屈曲载荷随筋条间距的变化呈抛物线状,较平均的筋条布置有利于加筋壁板的整体稳定性.加筋壁板屈曲载荷随凸缘宽度的变化呈抛物线状,保持筋条横截面面积不变,筋条凸缘宽为60mm时屈曲载荷达到最大值.较小的凸缘宽度会导致筋条屈曲的发生,应在实际设计中予以避免.     

Hilbert-Huang变换在滚动轴承故障诊断中的应用

提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法——基于小波系数包络信号的局部Hilbert边际谱方法，在Hilbert—Huang变换的基础上介绍了局部Hilbert谱和局部Hilbert边际谱，并将它应用于滚动轴承的故障诊断中。用小波基将滚动轴承故障振动信号分解，对高频段的小波系数用Hilbert进行包络分析得到包络信号，再对包络信号进行Hilbert—Huang变换求出局部Hilbert边际谱，从局部Hilbert边际谱中就可以判断滚动轴承的故障部位和类型。通过对滚动轴承具有外圈缺陷、内圈缺陷的情况下的振动信号的分析，说明该方法比传统的包络分析方法更能有效地提取滚动轴承故障特征。     

Hilbert-Huang变换及其在纱线故障诊断中的应用

阐述了Hilbert-Huang 变换的基本原理,以实际的纱线信号为例,通过经验模态分解(EMD)将纱线信号分解成有限个固有模态函数(IMF),并求得纱线信号的Hilbert谱.结合分析纱线信号的波谱图和Hilbert谱图,判断出故障产生的原因.     

基于改进希尔伯特-黄变换的发动机敲缸异响故障研究

针对发动机敲缸故障信号非平稳性并伴随强烈环境噪声的特点,提出基于改进希尔伯特-黄变换的故障诊断方法。该方法以发动机敲缸声音故障信号为研究对象,首先采用快速独立分量分析法将环境噪声等影响诊断准确性的因素从所采信号中分离,再利用总体平均经验模态分解和希尔伯特变换求出信号希尔伯特谱和边际谱,结合时域和频域特征进行故障诊断。通过仿真实验验证了所提方法的有效性,同时,实际试验证明:通过改进希尔伯特-黄变换方法所获得的希尔伯特谱和边际谱能够清晰呈现故障信号时域和频域内的细微特性,为该类故障的诊断提供了一种切实可行的方法。     

应用Hilbert-Huang变换的齿轮磨损故障诊断研究

提出了一种基于H ilbert-Huang变换的齿轮磨损故障诊断的新方法。H ilbert-Huang变换是先把时间序列信号,用经验模态分解方法分解成不同特征时间尺度的固有模态函数,然后经过H ilbert变换获得频谱的信号处理新方法。介绍了该方法的基本原理,并将H ilbert-Huang变换应用于齿轮箱中齿轮磨损故障诊断的研究,通过选取表征齿轮磨损故障的IM F分量进行边际谱和能量谱分析,就可提取齿轮故障振动信号的特征。齿轮故障实验信号的研究结果表明,H ilbert-Huang变换时频分析方法,能有效地诊断齿轮的磨损故障。     

应用Hilbert-Huang变换的齿轮箱故障诊断

提出了基于经验模态分解(EMD)的齿轮箱故障诊断HHT方法,介绍了Hilbert-Huang变换理论及其算法.此后以1台现场轧机故障减速机为对象,对采集的故障信号进行EMD分解,得到固有模态函数(IMF)分量,然后对所有固有模态函数进行Hilbert变换处理,所得三维图和边际谱图较为清晰地表达了故障信息,说明了该方法在工程应用中的适用性.     

基于Hilbert-Huang变换时频谱特征的齿轮箱故障模式分类

针对现有的齿轮箱故障模式分类方法的缺陷,提出了一种基于Hilbert-Huang变换(HHT)时频谱特征的齿轮箱故障模式分类方法.首先通过HHT算法获得齿轮箱的故障信号时频谱图,然后依据不同故障时谱图的不同特征,成功地对齿轮箱的故障模式进行了分类.对于时频谱图相似的故障模式,可以借助有效值和峭度系数的大小来区分不同的故...     

多模式兰姆波走时提取的希尔伯特黄变换方法

根据希尔伯特黄变换时间分辨率精度较高的优点以及兰姆波信号多模式的特点,将希尔伯特黄变换方法用于兰姆波层析成像中复杂波形到达时间的提取.首先,通过经验模态分解将原始信号分解成固有模态函数,然后对固有模态函数进行希尔伯特变换,以所得波形包络的峰值对应的时间作为多个兰姆波模式的走时.通过与原始信号峰值包络、希尔伯特变换包络和小波变换包络的比较结果表明,希尔伯特黄变换的包络更为平滑,可以准确地提取多模式信息.     

Hilbert-Huang变换在干式真空泵故障诊断中的应用

讨论Hilbert-Huang变换（HHT）的基本原理;研究基于神经网络延拓法和镜像闭合延拓法两种算法的不足,为克服这些不足引入可变长包络极值镜像延拓法,通过仿真信号对三种方法进行比较研究,验证可变长包络极值镜像延拓法的优越性;将HHT方法应用于干式真空泵轴承故障诊断中,进行试验数据分析,与传统的Hilbert变换包络解调方法进行比较,结果表明HHT方法在故障特征频率提取方面具有更高的分辨率和准确性,实验结果验证了该方法的有效性。     

多自由度振动系统非线性动力特性的HHT辨识方法研究

HHT方法(包括EMD方法)已成功地用于线性振动系统的辨识研究。本文针对多自由度非线性振动系统,利用小波分析方法对非线性振动响应进行预处理,把信号分解成一系列的窄带信号,应用EMD方法使得各阶内在模函数(IMF)均为单一成份信号,然后运用HT方法辨识自由振动响应的非线性特征。典型的线性振动系统和非线性振动系统的辨识结果说明了该方法的有效性。     

高速齿轮动态传动误差的希尔伯特-黄变换分析

高速齿轮传动误差测量与分析是一个急需解决的难题。通过构建动态传动误差测量系统,测得高速齿轮动态传动误差曲线,并将希尔伯特-黄变换(HHT)应用于高速齿轮动态传动误差信号分析,自适应得到高速齿轮动态传动误差信号不同频率成分的固有模态函数,分离出轴频分量和齿频分量,获得动态传动误差希尔伯特谱。为了验证HHT的可行性与正确性,利用快速傅立叶变换(FFT)对相同的传动误差信号进行频谱分析。结果表明:HHT在高速齿轮动态传动误差信号的分频、滤波方面都具有优越性;相比FFT,希尔伯特-黄变换能够很好的提取信号的高频特征,将传动误差信号各成分分离,分析结果更加精确。     

基于第2代小波和Hilbert-Huang变换的轴承故障诊断

将第2代小波算法和Hilbert-Huang变换相结合并应用于滚动轴承的故障诊断中。该方法首先构造并运用自适应冗余第2代小波对轴承振动信号进行消噪,并通过仿真分析验证了该算法的优越性;其次,对消噪信号进行HHT分析,通过EMD将信号分解为包含不同特征尺度的模态函数,针对低频成分进行Hilbert边际谱分析,从而提取故障特征。仿真及试验结果表明了该方法的有效性和实用性。