基于希爾伯特—黃變換（HHT）的地震作用結構損傷識別.pdf

1、結構健康監(jiān)測及損傷檢測是當前工程界與學術界研究的一個熱點問題,本文綜述了目前結構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)上基于振動的結構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構的瞬時特征參數(shù),如瞬時固有頻率來判斷結構的健康狀況,即現(xiàn)場實時損傷檢測.結構瞬時特征參數(shù)的變化時刻和改變程度分別表現(xiàn)

2、了結構振動進入非線性狀態(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)進行時頻分析獲得結構非線性信息. 在整個地震工程學領域中,頻譜分析扮演著非常重要的角色,但地震動是一個復雜的非平穩(wěn)隨機過程,并且當結構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年來隨著信息技術的發(fā)展,各種信號處理技術應運而生,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)驗模態(tài)分解方法,結合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,對分析結果進行了對比,指出邊際譜具有明確的物理意義,能更準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時一頻率響應譜.通過對邊際譜曲線作一"移動頻帶加權"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生的影響.通過HHT頻響

5、函數(shù)和HHT時-頻率響應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.在結構彈性階段,識別了結構的振動狀態(tài),并通過取不同閾值計算"中心頻率"求得了結構前兩階固有頻率；當結構在強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時一頻率響應譜能準確識別結構損傷出現(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構出現(xiàn)損傷時刻和描述了損傷程度. 作為HHT方法在實際結構損傷識別中應用的嘗