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

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及損傷檢測是當(dāng)前工程界與學(xué)術(shù)界研究的一個熱點問題,本文綜述了目前結(jié)構(gòu)損傷檢測方法的研究狀況及使用范圍.由于時程數(shù)據(jù)處理方法上的缺陷,傳統(tǒng)上基于振動的結(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. 本文提出的損傷檢測思路是通過在時域上識別出結(jié)構(gòu)的瞬時特征參數(shù),如瞬時固有頻率來判斷結(jié)構(gòu)的健康狀況,即現(xiàn)場實時損傷檢測.結(jié)構(gòu)瞬時特征參數(shù)的變化時刻和改變程度分別表現(xiàn)

2、了結(jié)構(gòu)振動進(jìn)入非線性狀態(tài)的時刻和開展的程度. 上述損傷檢測方法的實現(xiàn)需要對時域數(shù)據(jù)進(jìn)行時頻分析獲得結(jié)構(gòu)非線性信息. 在整個地震工程學(xué)領(lǐng)域中,頻譜分析扮演著非常重要的角色,但地震動是一個復(fù)雜的非平穩(wěn)隨機(jī)過程,并且當(dāng)結(jié)構(gòu)在地震波激勵下破壞時,振動會體現(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,各種信號處理技術(shù)應(yīng)運而生,并得到了蓬勃發(fā)展.本文簡要介紹和比較了短

3、時傅立葉變換、Wigner-Wille分布、小波變換等目前廣泛使用的時頻分析方法.但上述方法都不能很好地描述非線性、非穩(wěn)態(tài)信號的時一頻特征.文章重點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)信號處理方法,該方法創(chuàng)造性地提出經(jīng)驗?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頻率,獲得信號的時-頻譜--Hilbert譜,并衍生出邊際譜、能量譜和瞬時能量譜. 本文計算和分析了EI Centro、Lom

4、a Prieta、Northbridge三條典型地震波的邊際譜和Fourier頻譜,對分析結(jié)果進(jìn)行了對比,指出邊際譜具有明確的物理意義,能更準(zhǔn)確地反映地震動信號的頻域特征,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)激勵輸入的邊際譜相除的HHT頻響函數(shù)和HHT時一頻率響應(yīng)譜.通過對邊際譜曲線作一"移動頻帶加權(quán)"處理的方法,基本消除瞬時頻率值求解誤差對邊際譜相除產(chǎn)生的影響.通過HHT頻響

5、函數(shù)和HHT時-頻率響應(yīng)譜對一個三線型剛度退化模型做了在不同震級地震波激勵下的數(shù)值模擬.在結(jié)構(gòu)彈性階段,識別了結(jié)構(gòu)的振動狀態(tài),并通過取不同閾值計算"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)非線性振動時,HHT時一頻率響應(yīng)譜能準(zhǔn)確識別結(jié)構(gòu)損傷出現(xiàn)時刻.通過第一階"中心頻率"在時域上的改變時刻和改變程度分別確定了結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷時刻和描述了損傷程度. 作為HHT方法在實際結(jié)構(gòu)損傷識別中應(yīng)用的嘗