基于Hilbert-Huang变换的结构损伤识别及振动台试验验证

结构在强烈地震作用下,构件、节点会产生损伤,刚度、强度等力学性能会降低,结构的动力特性也会改变.分析与处理结构振动信号是结构健康监测和损伤识别的重要手段之一.利用Hilbert-Huang变换,提出利用具有时变规律的瞬时频率和瞬时能量识别结构的损伤演化过程,利用可以反映结构振动能量分布规律的Hilbert边际谱的相对幅...     

基于谱单元方法的杆件导波数值模拟与损伤检测的时频分析

相比于传统的有限元方法,谱单元法是一种基于FFT算法的频域数值方法,它能够大大降低求解问题的阶数,在模拟高频导波在结构中传播、捕捉结构微小损伤方面尤为高效。以弯曲弹簧模型作为裂纹的数学模型,建立了裂纹杆件谱单元模型,求解高频导波激励下裂纹杆件的波动解。以短时傅里叶变换与Choi-Williams两种时频方法分析裂纹杆件的导波信号的能量时频分布。结果表明:短时傅里叶谱与ChoiWilliams谱均能够准确反映导波信号的时频分布特点,可以实现结构微小损伤的定位与定量分析;短时傅里叶变换的时域分辨率比Choi-Williams法低,但是其能量分布在时域上与导波信号的时域波形吻合更好;随着裂纹的加深,这两种时频分析方法对频域的分辨率更高。     

基于希尔伯特—黄变换的超高层建筑模态参数识别

基于改进的希尔伯特-黄变换(HHT)即结合随机减量技术(RDT)的HHT对7～9级风力作用下,超高层建筑--上海金茂大厦的加速度响应现场实测数据进行分析与处理,以识别出上海金茂大厦东西和南北方向的第1、2阶自振频率及相应的阻尼比.在识别中,为了避免结构模态的混叠现象,本文引入了巴特沃斯带通滤波器来对加速度实测数据实行滤波处理.识别结果显示:上海金茂大厦东西方向和南北方向的第1阶自振频率近似相等,但是东西方向和南北方向的第2阶自振频率相差较大;结构东西和南北方向的阻尼比皆小于结构材料的阻尼比,而且随着模态阶数的增大识别出的阻尼比标准差呈现增大的趋势.这些研究结果对未来超高层建筑的设计具有借鉴意义.同时,识别结果也表明,HHT+RDT+巴特沃斯带通滤波器方法可以有效地识别出超高层建筑的模态参数.     

基于总输入能量谱与瞬时输入能量谱的设计谱修正

地震动中的长周期成分对长周期结构的影响不容忽视,现行的设计反应谱为了保证长周期结构抗震设计具备保守性,人为增大了特定频段和特定场地条件的谱值。针对目前设计谱的不足,依据线性单自由度体系的地震动总输入能量谱和瞬时输入能量谱,对规范反应谱5Tg～6s直线下降段提出调整方法。从具有速度 脉冲特征的长周期地震记录中选出能量谱值最大的地震记录加以说明,得到修正后的加速度谱与相应的拟速度谱和位移谱。建议的反应谱修正方法综合体现了总输入能量与瞬时输入能量的特征,对于工程结构设计具有重要的理论意义和实用价值。     

Davenport风速谱与Kaimal风速谱在通讯塔设计中的比较分析

本文对Davenport风速谱和Kaimal风速谱进行了分析比较,并且以江苏某通讯角钢塔为例,采用两种不同的风速谱计算了结构的风振响应,得出了在通讯角钢塔的工程计算中Kaimal风速谱更加接近实际风速时程的结论。     

强度需求谱与延性需求谱之比较

强度需求谱和延性需求谱是两种常见的弹塑性反应谱,本文比较了二者在概念、计算以及应用方面的不同.在单条地震波作用下,单自由度体系的延性需求并不总是随着强度折减系数的增加而单调增加.本文对产生这一现象的原因进行了分析,并指出当采用迭代计算建立强度需求谱时,必须选择满足指定延性需求的最小强度折减系数.但这会使得在多条地震波作用下,对同一个强度折减系数,由平均强度需求谱反推出的延性需求要比直接由平均延性需求谱获得的偏小.为此,本文建议:当采用改进能力谱法进行结构抗震性能评估时,宜用延性需求谱代替强度需求谱来估计结构的延性需求.     

岩体声波穿透信号数字处理——快速富氏分析、希尔伯特变换、相关分析应用

本文论述了岩体声波穿透信号的数字处理方法及原理。用快速富氏分析提取信号振幅谱及相位谱,用希尔伯特变换提取包络、瞬时频率和相位,并在此基础上定量评价岩体吸收衰减特性。笔者提出用相关分析方法提取岩体声波信号的横波及纵波速度,这就为计算岩体动弹性模量、泊桑比等一系列动力学参数提供了可靠数据。最后简单介绍了声波穿透信号及人工合成声波记录数字处理实例。     

基于Hilbert-Huang变换的结构损伤诊断方法研究

结构物在强震中将产生损伤,其动力特性发生改变,通过对结构瞬时频率的分析可以诊断出结构的损伤发展过程。本文探讨了基于Hilbert-Huang变换的结构物损伤诊断方法,研究了如何从结构地震响应信号中提取模态响应、识别损伤位置和损伤发展规律。采用本文方法分析了三层框架模型,结果表明:带有间歇检验准则的经验模态分解法,能够提取结构的模态振动响应;对比无损伤结构和有损伤结构的Hilbert边际谱,可以诊断出结构损伤的部位;分析模态响应瞬时频率的时变特点,可以直观地掌握振动中结构的损伤发展规律。采用本文方法分析Northridge地震中某建筑物的强震记录,得到了该建筑的损伤发展规律,并证明了此方法的可行性。     

轨道不平顺谱经典谱计算方法的研究

针对轨道不平顺谱计算中经典谱估计方法进行了分析,并在简要介绍统计误差定义和分类的基础上将经典谱估计方法统计误差作了探讨分析,从而使轨道不平顺谱计算方法更加完善。     

地震动反应谱向功率谱转换的不同方法比较

利用孙景江迭代法将抗震设计规范中的设计反应谱转换成功率谱,然后,再用近似转化公式将目标反应谱转化成功率谱,和迭代法转化成的功率谱进行比较。分析表明,采用迭代法求得的功率谱其精度要比采用近似转化公式好,但近似转化公式在高频段的精度也能满足计算要求。     

岩体微震监测的频谱分析与信号识别

微震作为预测预报矿井重大动力灾害的一种区域性的监测手段,同时具有谱成分丰富、频带较宽的特性。获得微震异常信号的突变时刻及突变时刻所对应的频率成分,是微震监测中亟待解决的关键问题。本文采用时–频分析技术分析了两种典型微震信号的功率谱和幅频特性,以便从谱特性进行微震信号的辩识。从而为预测预报矿井重大动力灾害提供一条新的途径。     

基于小波方法的近海域地震动时频特性分析

将小波变换的方法应用于近海场地地震动的时频分析。收集到了美国加州以及日本相模湾近海场地台站地震动加速度记录,并采用Matlab软件对其进行了6层小波包分解。分析了近海场地地震动加速度的能量谱以及时频分布特征,同时与同一地震事件相邻的陆域场地地震动加速度记录以及汶川、芦山地震的内陆场地地震动加速度记录进行比较。研究发现,近海场地地震动能量主要集中在前8阶子频带上,低频带能量占优势,能量分布与陆域相邻场地的不同,内陆地震动则在高频段有明显的能量分布|近海场地水平向和竖向地震动表现出能量分布的宽频带特性,但竖向地震动能量值远小于水平向,地震动能量在时间域内出现明显的二次释放过程。     

基于HHT和AE主频统计的岩石破坏进程分析

岩石的AE波形主频已被证明与内部微破裂模式有着紧密的联系。目前对于岩石声发射波形的主要频谱分析方法以快速傅里叶变换(FFT)和小波变换为主,两者都存在时-频测不准和针对非平稳信号的自适应性不强的问题。目前对于岩石内部破坏过程的研究缺乏宏观定量化的分析工具。本文以自适应性强,可以直接求得时-频分布的希尔伯特-黄变换(HHT)及其边际谱为基础,提出了一套新的波形频谱处理和主频统计方法。利用岩石直接拉伸试验的声发射信号验证,本文方法的统计结果与FFT方法统计得到的主频成分分布特征基本相同,但更加稳定。结合主频统计结果,本文对试件全试验过程的微破裂成分与岩石破坏进程的快慢之间的关系进行了定量的统计分析。通过对定量分析结果的讨论,笔者认为直接拉伸加载模式下微观剪破坏对受力方向上摩擦阻力的破坏效应不可忽略,其会造成强度的大幅下降。     

某钢结构人行天桥动力特性测试及有限元分析

对一振动较大的人行天桥进行了动力实测,利用有限元分析软件SAP2000建立该结构的有限元模型,利用基于实测数据的频谱分析以及模态分析的方法对其出现的振动问题进行分析,确定结构振动水平,并为同类结构的动力特性研究提供参考。此外,还从通行行人和通行车辆这两个因素对该天桥侧向振动过大的原因进行了深入分析,从而找到了造成该天桥产生实测振动特性的主要原因,对结构出现过大侧向振动给出了合理解释。     

Wavelet_Huang和Hilbert_Huang方法用于非高斯风压信号分析的比较研究

非高斯风压时程具有间歇性的大脉冲信号和不对称性,传统的傅里叶变换无法得到信号的频谱特性随时间的变化过程,也不能识别出不同频段处信号的变异性。采用一种结合经验模式分解(EMD)和小波变换(WaveletTransform)的方法(简称WHT)对非高斯风压信号进行时-频-谱联合特性分析,随后讨论了不同频段处信号的奇异性、冲击性和分辨率;并和Hilbert_Huang变换(简称HHT)分析的结果进行对比。两种方法处理非高斯信号都能很好地提取信号的主要特征和分解、重构;由于小波基尺度有限并受到测不准原理的限制,WHT方法得到的小波谱的能量在频率范围内分布较宽,而HHT方法得到的Hilbert能量谱大多都集中在有限的能量谱线上;WHT方法进行不同频段处信号的变异性检测是对EMD分解得到的IMF分量进行小波分解,其更能反映原始数据的固有特性,在任意感兴趣的频段捕捉到信号的局部特征。研究结果表明,HHT方法可以更好地进行非高斯信号的谱特性分析,而WHT方法在信号的分解、重构和变异性检测时效果更好。     

雷达塔频率控制和地震反应分析

为了避免周围建筑对雷达工作的影响,雷达塔通常高达100 m左右,由于雷达工作性能的要求,雷达塔的基频不得小于1.0 Hz,对于如此高大的结构,如何控制其频率,是值得研究的问题。通过大量计算和分析,得出了一些可以显著提高雷达塔的基本频率的规律。同时,应用反应谱法、时程分析法和随机振动法,分析了雷达塔的地震反应。计算结果表明,雷达塔能够满足中国地震规范对层间位移的要求。     

某大跨度钢结构人行天桥的振动特性分析与研究

针对某大跨度钢结构人行天桥出现的振动问题,对该人行天桥进行了全桥动力测试,利用有限元分析软件SAP2000建立该结构的有限元模型,利用基于实测数据的频谱分析以及模态分析的方法对其出现的振动问题进行分析,为同类结构的动力特性研究提供参考.此外,改变了以往在此类问题中仅考虑行人对振动产生影响的局限性,分别从通行行人及通行车辆这两个因素对该天桥振动的原因进行了深入分析,从而找到了造成该天桥产生实测振动特性的主要原因,并对结构出现过大侧向振动给出了合理解释.相关信息可为后继结构的加固改造工作提供参考,并进一步提出了结构改造措施与建议.     

城市燃气小时用气负荷周期性研究

将频谱分析技术用于城市燃气小时负荷周期性研究，小时负荷不仅有主周期，还有隐含的次周期。     

一种基于FFT功率谱的全隐框玻璃幕墙结构胶脱粘长度检测方法

针对全隐框玻璃幕墙结构胶脱粘长度检测问题,率先提出了基于瞬态脉冲动力响应信号的FFT功率谱脱粘长度检测方法.通过对4个测点进行动力响应实验信号的采集,采用FFT功率谱对实验信号进行了分析评判,并提取功率谱主峰频率对信号总功率的贡献比重η<,i>作为结构胶损伤长度α的因变量.采用Gaussian函数和Lorentzian函数对实验数据进行了拟合,建立了η关于α的函数关系式,并对小损伤的α值进行了检测识别.研究成果表明,该方法有助于全隐框玻璃幕墙结构胶脱粘长度检测技术的推广和应用.