基于改进hht结构信号分析和损伤检测的研究

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要结构的健康监测和损伤识别以及结构的安全性评定对于保证重大土木工程结构的正常使用、保障人民生命财产的安全具有极其重要的意义，已经成为当前国内外研究的热点问题。针对结构健康监测系统的实时性和复杂性特点，目前应用较多的信号处理与损伤识别方法具有一定的局限性。信号分析技术的基础是傅立叶变换,它将时域中采集的时间序列数据变换到频域中的谱。以振动信号分析而言，各个频段的谱分量可以告诉我们振动信号的各个组成部分，表征着不同的来源和不同的特征。信号瞬时特征的提取在信号处理中具有重要的意义，对非线性和非稳定的复杂信号来讲，如何利用数据分析方法提取这些信号的

2、瞬时参数，并对该方法加以改善及应用是本文讨论的重点。近些年，各种改进了的谱分析技术和非线性、非稳态信号的信号处理技术得到迅速发展，如短时傅立叶变换、小波变换等，但小波基函数的选择以及小波尺度的确定尚无理论指导,而近几年出现的希-黄变换（Hilbert-HuangTransform,简称HHT），成为一种新的、非常适合非平稳信号的谱分析方法。本文在振动响应的基础上，运用理论分析、试验研究、数值模拟与可视化编程等手段，对结构的非线性、非稳态响应进行了信号分析与损伤检测研究，主要做了以下几方面的工作：(1)针对HHT中EMD存在的困难:高频域第一个产生的本征模函数(int

3、rinsicmodefunction,简称IMF)可能会覆盖很广泛的频率范围而不能很好的满足单一组分的定义、在低频域会产生一些不希望的低幅值的IMFs且会产生不该有的频率组分、不能从信号中区分一些低能量组分，提出了先将信号根据FFT初步确定各阶频率的大致范围进行带通滤波,然后进行EMD过程；根据IMFs和原信号的相关系数来作为判定是否真正IMFs的标准。然后，运用改进的HHT技术；提出了识别结构模态参数和物理参数技术；并编制了相应的识别程序，它可以较好地处理非线性、非稳态的结构响应信号。(2)系统地分析研究了各种信号处理工具FFT、HHT、小波（包）的优缺点,开发了

4、基于改进的HHT的信号分析与结构损伤检测系统。(3)分别用框架结构实测数据与数值模拟响应验证了所用信号处理工具、损伤检测方法与集成软件系统的可行性和有效性，取得了满意的效果。关键词：信号分析，损伤检测，希-黄变换，经验模态分解，本征模函数II摘要硕士研究生学位论文ABSTRACTStructuralhealthmonitoring,damageidentificationandsafetyassessmenttakeanimportantroleforensuringthesafetyofcivilinfrastructuresandprotectingpeople

5、andpropertyfromdanger.Asaresult,ithasbeenthepresentresearchinterestsathomeandabroadtostudythedamageidentificationproblemofcomplexstructures.Duetothecharacteristicsofreal-timeandcomplexityinastructuralhealthmonitoring(SHM)system,thereexistcertainlimitationsforcurrentappliedsignalprocess

6、inganddamageidentificationmethods.ThefoundationofsignalanalysistechniqueisFouriertransform(FT),whichtransfersthetimeseriessignalsintimedomainintospectrainfrequencydomain.Forvibrationsignalanalysis,thespectraofdifferentfrequencysegmentcantellusthecomponentsofthesignal,whichrepresentdiff

7、erentsourcesandcharacteristics.Extractioninstantaneousfeaturesofthesignalsareveryimportantinsignalprocessing.Fornon-linearandnon-stationarycomplexsignals,theyaretheemphasesinthethesisthathowtoextracttheinstantaneousparametersfromthesignals,makeuseofthedataanalysismethods,aswellasimpr