EMD和FSWT组合方法在爆破振动信号分析中的应用研究

针对传统经验模态分解EMD时频分析功能不足的缺陷,提出了基于经验模态分解EMD和频率切片小波变换FSWT组合的爆破振动信号分析方法。对实际工程采集到的爆破振动信号进行EMD分解,根据相关性系数确定优势分量实现信号重构,并获取重构信号全频带FSWT时频特征。利用FSWT逆变换能切割任意频率区间的特点,将重构信号选择时间、频率切片区间进行了更为细化时频特征提取。研究了EMD-FSWT组合方法、Hilbert-Huang变换(HHT)、小波变换(WT)三种方法的消噪滤波效果,并与短时Fourier变换(STFT)、重排平滑Wigner-Ville分布(RSPWVD)两种传统时频方法进行了对比。分析结果表明:EMD-FSWT组合方法,对瞬态信号在时频域上的分辨率更高,消噪和滤波效果好,适于对爆破振动信号进行更为精细化的时频特征分析。     

考虑多分量气动导纳的抖振响应敏感性

对于类流线型箱梁桥梁断面,采用抖振频域分析方法和气动弹性节段模型测振风洞试验,初步验证了互谱法识别的多分量气动导纳函数结果的正确性和工程适用性。结合可靠度理论敏感性算法,系统评价了来流风速参数、模型参数、静风力系数、导纳函数和颤振导数等对于二维节段模型抖振响应的贡献率分布关系,更正了工程应用中采用单一分量导纳函数假定带来的对抖振气动力表达式认识上偏差。     

扰流激励下垂尾抖振响应主模态控制风洞试验研究

摘 要：采用压电结构的热弹比拟建模方法,进行了垂尾模型一弯模态和一扭模态响应的压电主动控制仿真。设计制作了一个垂尾气动弹性抖振模型以及两种形式的气流干扰源,用于在风洞中进行垂尾抖振实验及产生扰流对垂尾模型实施抖振激励。采用自主研发的弓形压电作动器,根据垂尾抖振响应控制的主模态控制思想,设计了垂尾模型抖振压电主动控制系统,进行了垂尾模型抖振响应压电主动控制风洞实验。结果表明,采用抖振主模态响应控制思想设计的垂尾抖振压电主动控制系统,可使垂尾模型抖振响应功率谱密度函数峰值降低50%以上。     

桥梁断面气动导纳互谱识别方法注记

现存的各种气动导纳函数识别方法,为了便于求解忽略了脉动风速互谱的作用,且假定脉动风水平和竖向分量对抖振力导纳函数分量作用等效,识别过程缺少对算法系统和试验采样误差影响的标定,导纳函数识别结果缺少验证等诸多不足。针对上述问题,采用改进的互谱导纳识别方法,考虑了多种影响因素的共同作用,详细标定了算法系统和试验测量误差的影响,基于测量稳定性和精度较高的节段模型高频天平测力方法识别了流线型箱梁桥梁节段Scanlan抖振气动力全部六个导纳函数分量。     

基于希尔伯特黄变换的刀具磨损特征提取

概述了希尔伯特黄变换(HHT)的基本理论和算法,对信号经过经验模态分解(EMD)后得到的固有模态函数(IMF)求取振幅均值,差值筛选出与刀具磨损相关的IMF分量,并对单分量固有模态函数求取边际谱,获取边际谱最大幅值点,建立他们与刀具磨损之间的映射关系,进行特征提取,将其作为神经网络的输入特征向量,结合希尔伯特三维时频谱进行刀具磨损状态的判断。研究结果证明,该方法可以作为刀具磨损监测中信号特征提取的一种简单和可靠的方法。     

改进的经验小波变换在滚动轴承故障诊断中的应用

经验小波变换是一种基于Fourier 频谱特性,通过构建自适应小波滤波器组来分析复杂多分量信号的方法。该方法能够有效识别信号中的不同模态分量,但由于其Fourier 频谱分割问题,在处理噪声及不稳定信号方面有所欠缺。针对这一问题,采用改进的经验小波变换方法,将信号分解为具有物理意义的经验模态。改进的经验小波变换主要考虑被处理信号的频谱形状,通过采用基于顺序统计滤波器（OSF）的包络方法以及遵循三个准则来获取有效峰值的方法,改进Fourier 频谱分割过程。将改进的方法应用于滚动轴承故障诊断中,由于改进的经验小波变换能够将振动信号分解为一系列单分量成分,因此在轴承振动信号包络谱中能够清晰的发现故障特征。通过对滚动轴承振动模拟信号和实验信号的分析验证了该方法的有效性。     

基于小波变换的苏通大桥非平稳抖振响应演变谱实测研究

台风风速具有较为明显的非平稳特征,使得非平稳风荷载作用下大跨斜拉桥的动力响应也势必表现出非平稳特性。为考察台风作用下大跨桥梁抖振响应的非平稳性,该文以苏通大桥为研究背景,采用基于小波变换的非平稳时间序列演变功率谱密度估计方法分析了该桥在“海葵”和“达维”台风期间的非平稳抖振响应。研究表明,苏通大桥主梁振动能量主要集中在若干特定频段内;由于台风风速存在非平稳性,主梁抖振响应也表现出一定程度的非平稳特征;基于小波变换的演变谱估计方法适用于开展实测结构响应的演变特性分析,可较好地弥补传统傅里叶方法用于非平稳分析的不足。研究结论可用于验证大跨度斜拉桥非平稳抖振分析理论的可靠性,同时可为大跨度斜拉桥的抗风设计提供参考。     

三塔斜拉桥抖振的耦合行为研究

三塔斜拉桥较为柔性,振动模态较为密集,对风更为敏感.以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景,基于多模态耦合振动分析理论,对三塔斜拉桥抖振的耦合性能进行了研究.分别采用多模态耦合抖振分析方法和非耦合的单模态SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法对结构在设计风速下的抖振响应进行了分析,将两种分析方法所得抖振响应的均方根及功率谱密度函数进行比较.为明确模态间的耦合关系,进一步分析了结构抖振响应随参与分析模态数的变化情况.分析结果表明:三塔斜拉桥抖振响应存在明显的多模态耦合效应,模态间的耦合作用将增大结构的抖振响应.对于大跨度桥梁的精细化分析,抖振的耦合行为不容忽视.     

基于独立分量分析与希尔伯特-黄变换的轴承故障特征提取

滚动轴承早期故障信号具有能量小、频带分布宽等特征,易受到其它能量较大振源信号的干扰。传统的希尔伯特-黄变换（HHT）对信噪比大、多频率调制信号常因不能对其所包含的固有模式函数（IMF）实现准确分离和去除调制干扰分量而失效。本文提出了基于HHT和独立分量分析（ICA）的滚动轴承诊断新方法。该方法首先利用经验模式分解（EMD）将滚动轴承振动信号分解成若干平稳的本征模式函数IMF分量,通过提取若干包含主要信息的IMF分量,应用带通滤波器和Hilbert变换获取IMF分量的高频包络波形,再应用ICA分离包络波形并进行频谱分析,进而判断滚动轴承的运行状况。仿真和试验分析结果验证了本方法的可行性。     

环境激励下大型桥梁模态参数识别的一种方法

提出一种依据环境激励下结构振动响应的大型桥梁模态参数识别方法,该方法以限制带宽的经验模态分解（BREMD）和随机子空间识别（SSI）为基础,首先利用EMD将环境振动响应分解成一系列只含结构某一阶固有模态的本征模态函数（IMF）,然后利用SSI识别桥梁模态参数。针对大型桥梁自振频率低、模态密集的特点,引入屏蔽信号限制EMD过程中带宽以消除模态混叠;运用该法识别了赣龙铁路某特大桥的模态参数,并将其与峰值拾取法、SSI识别结果以及理论计算值进行对比,结果表明：该方法能有效的识别大型桥梁模态参数,屏蔽信号的引入解决了模态混叠问题,稳定图中的虚假模态得到抑制。     

基于希尔伯特-黄变换提取车辆轨道耦合系统时频特性

为研究各种激扰对车辆轨道耦合系统动力学响应时频特性影响,将基于改进经验模态分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform）应用于车辆轨道耦合动力学振动信号分析中。运用改进EMD方法提取耦合系统振动响应的固有模态函数（IMF）,并对其进行希尔伯特-黄变换,得到振动响应的希尔伯特时频幅值谱和边缘谱。分析表明：希尔伯特-黄变换较傅里叶变换的分辨率与精度高,能有效捕捉车轮缺陷及轨道谐波不平顺激励下车辆轨道耦合系统的调制信号;车体垂向振动加速度随轨道不平顺波长、幅值非线性变化,振动信号的轮周激励成分为调制信号,且随轨道不平顺幅值增大而减小,随轨道不平顺波长增大非线性变化。     

HHT在水雷目标特征提取中的应用

Hilbert-Huang变换（HHT）是近年来发展起来的一种处理非线性非平稳的时频分析方法。水声信号具有非线性非平稳的特点,把HHT方法应用于水声信号的分析中,将典型主动声纳信号的Hilbert边际谱和Hilbert谱分别与傅里叶幅度谱和传统的时频分析进行了比较。然后对水下目标回波的亮点模型作了仿真研究,并与小波变换作比较,最后用实际目标的回波作了分类研究。仿真与实际数据都证明了HHT在水下目标特征提取中的优越性。     

基于希尔伯特-黄变换提取车桥耦合系统时频特性

摘 要：将一种基于改进经验模态分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform）方法,应用于车辆-轨道-桥梁耦合动力学的振动信号分析中。基于车辆-轨道-桥梁耦合动力学理论,仿真计算轮对踏面修形前后高速动力车过桥时耦合系统的动力学特性变化。运用改进EMD方法提取振动信号的固有模态函数（IMF）,再对固有模态函数进行希尔伯特-黄变换,得到时频幅值谱和边缘谱。计算结果表明：Hilbert边缘谱比傅立叶幅值谱具有更高分辨率,为车辆-轨道-桥梁耦合动力学信号分析提供了一种有效的分析手段。     

基于HHT方法的爆破地震信号分析

在介绍HHT(Hilbert HuangTransform)理论的基础上,结合现场测试,将这种理论引入到爆破地震信号分析中。HHT方法主要通过经验模式分解方法将信号分解成有限的固有模态函数,并对每个固有模态函数进行Hilbert变换从而得到Hilbert谱。经过FFT、小波谱对比分析,结果表明:在爆破地震信号分析中,利用经验模式分解不需要固定的基函数,可将原始信号分解为少量的、频率自高至低排列的固有模态函数,分解过程具有自适应性、高效性;再通过Hilbert变换所得的谱图能清晰地反映原始地震信号能量随时间、频率的分布。HHT法能有效地提取爆破地震信号的主要特征,更能适应信号突变快、衰减快的特征,为进一步认识爆破地震波的传播机理、破坏原因和危害判据的确定提供了新的途径。     

HHT方法在结构模态参数识别中的应用

结合青马桥的实测动力响应记录．研究HHT方法在结构模态参数识别中的应用。为讨论HHT方法处理非平稳数据的性能。将HHT方法分别用于平稳及非平稳的实测记录以识别结构的频率和阻尼，并与有限元分析及谱分析结果进行比较。对比表明HHT方法有很好的识别效果。在处理非平稳性数据方面具有明显优势．适用于土木工程结构的模态参数识别。     

核电站扩建工程爆破开挖振动信号的HHT分析?

通过对田湾核电站二期扩建工程爆破施工的振动监测,得到了大量的试验数据,经由Hilbert-Huang变换(HHT)方法处理,分析论证了此方法运用于爆破地震波处理的科学性和可行性。第一步,用经验模态分解信号,得到了振动信号的固有模态分量,考虑到噪声信号的干扰,又对信号进行了改进算法的滤波处理;之后,对各个分量进行Hilbert变换,得到了信号的时频能量谱;针对时频能量谱分析,得到了信号的时频特性;从得到的瞬时能量谱中得到了3段微差起爆的间隔时间,为检测雷管的质量提供了新方法;而边际谱分析提供了一个频域分析的新角度。     

基于HHT的数控机床主轴振动监测系统的研制

为监测数控机床主轴的运行状态,针对机床主轴在工况条件变化或故障发生时振动信号的非平稳特性,研制基于HHT时频分析方法的数控机床主轴振动监测软、硬件系统。硬件系统包括基于FPGA主控模块与PC104总线的数据采集模块;软件系统包括时域波形监测与特征数据监测两模块,其中特征数据监测模块具有监测频谱分布及时频分布功能。为更直观、准确反映数控机床主轴振动信号的非平稳特性,提出基于HHT的主轴振动信号特征提取方法,实现对振动信号时频分布的实时监测。数控机床主轴振动信号测试结果表明,该系统在监测信号时域波形与频谱分布的同时,能利用HHT的瞬时频率描述特性,实现对数控机床主轴振动信号时频分布的实时监测。     

响应谱MC模拟的桥梁抖振首次超越研究

在桥梁耦合抖振谱分析的基础上,采用谐波合成技术,依据Monte Carlo思想大量模拟位移谱时程,由此便可以方便、快捷地计算桥梁抖振响应首次超越失效概率,克服传统Monte Carlo方法时域内再现桥梁抖振首次超越小失效概率事件效率偏低的问题。采用江阴长江大桥和上海杨浦大桥作为算例,比较了抖振首次超越响应谱Monte Carlo模拟结果与目前广泛使用的基于Poisson、Poisson包络、Markov过程三种假定的近似解析算法结果差异,表明由于考虑大气紊流环境下桥梁抖振背景分量,在较高阈值情况下,近似解析算法不再适用,而本文方法具有更高的精度。     

基于改进HHT分析车轮椭圆化对高速列车时频特征的影响

研究车轮椭圆化对高速列车时频特征的影响问题。建立车辆/轨道空间耦合模型,模拟计算了高速车轮椭圆化和轨道谐波不平顺共同激励下车辆系统的动力响应。将一种基于改进经验模态分解的希尔伯特-黄变换方法应用于车辆/轨道耦合系统的振动信号分析中,计算分析了动力响应的时频分布和振动能量分布。结果表明：车轮椭圆化会引起车辆系统振动响应的频率调制,车辆系统蛇形运动和振动能量分布的非线性变化。     

经验非线性涡激力模型参数识别

本文的主要内容是利用涡激共振竖向位移响应,基于广义谐波函数KBM法并引入缓变参数的概念,对Scanlan经验非线性模型进行处理,识别其中的气动参数,并得到Scanlan非线性涡激力。对识别得到的Scanlan非线性涡激力,分别通过：用Newmark&;#61538;反求响应与实测响应进行比较;与从天平同步测得的合力中提取出实测的涡激力进行比较,对识别精度做出评价。试验是在同济大学TJ-1号风洞均匀流场中进行的,以象山港大桥初始设计阶段节段模型为例,用激光位移计采集模型的位移响应,并用一维梁式应变测力天平同步采集模型所受的力。