收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于Hilbert-Huang变换的桥梁监测信号分析与处理和时变模态参数识别

王学敏  
【摘要】: 大型桥梁健康监测的难点之一是对桥梁结构响应的客观、有效分析与处理。由于实测响应趋于非线性、非平稳,难以用发展相对成熟的线性和平稳过程理论来解释,因而迫切需要发展有效实用的结构响应分析与处理技术。 Hilbert-Huang变换(HHT)是一种全新的信号时频分析方法,本文在研究其基本理论的基础上,利用已建立的南京长江大桥健康监测系统,将HHT应用于桥梁监测信号的分析与处理中,并对时变结构的模态参数识别问题进行了研究。通过对实测结构响应进行更客观、有效、科学的分析和处理,探索桥梁结构复杂、非平稳响应的内在机理。 论文的主要研究内容如下: (1)提出了一种新的端点效应抑制方法——极值平移法,并将HHT与小波变换、Fourier变换进行了对比分析。端点效应是应用经验模态分解(EMD)的瓶颈问题,其有效解决对完善HHT理论具有重要意义。本文以信号端点及其附近极值的特征作为延拓依据,分别在信号两端各添加四个平移极值点,以此达到抑制端点发散的目的。实测响应的分解结果表明该方法计算效率高,可有效地减轻端点效应对EMD的影响;对比分析结果表明HHT在处理非线性、非平稳信号方面具有明显的优势。 (2)提出了一种消除桥梁响应信号中存在的短时强噪声干扰的方法。根据短时强噪声干扰会导致瞬时振幅和瞬时频率表现出明显异常的特点,通过拟合正常区段的数据来消除这种异常,从而使相应的IMF得到净化。数值仿真和南京长江大桥实测数据的处理结果表明了该方法的良好效果。 (3)将EMD用于桥梁监测信号的趋势分析中,寻求火车激励下桥梁复杂响应的构成机理。首先,计算桥梁在一定加载模式下的位移和应力响应。然后,用EMD把响应分离成不含趋势项的振动分量和趋势项,研究各分量对应的物理意义。最后,利用南京长江大桥健康监测系统采集的实测数据对响应构成机理进行了探讨。研究成果可应用于桥梁健康监测和状态评估的实际工程中。 (4)提出了一种识别时变结构模态参数的方法。推导出了利用时变单自由度结构的位移响应识别模态参数的理论表达式。然后根据EMD优良的模态滤波性能,将该方法扩展到时变多自由度结构的模态参数识别中。通过对时变多自由度结构的响应进行处理,从中分离出对应结构单阶模态的瞬态响应。仿真算例表明了该方法的良好识别效果。 (5)自行设计一时变结构实验,对本文提出的时变结构模态参数识别方法作进一步的研究。实验对象为一悬臂梁结构,通过振动时改变梁的附加质量和刚度的大小来实现质量连续变化、刚度连续变化和刚度突变三种时变结构,利用梁上测点的自由振动加速度响应识别结构时变的模态参数,并将识别结果与梁在几个指定状态下(时不变结构)模态参数的识别值以及理论计算值进行了对比和分析,从而表明了本文方法在实际应用中的可行性和有效性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 章荣海;谢正傲;张军;;小波Hilbert-Huang变换在语音信号处理中的应用[J];石家庄学院学报;2011年03期
2 程军圣;于德介;杨宇;;Hilbert-Huang变换端点效应问题的探讨[J];振动与冲击;2005年06期
3 许宝杰;张建民;徐小力;李建伟;;抑制EMD端点效应方法的研究[J];北京理工大学学报;2006年03期
4 郑伟;;Hilbert-Huang变换在信号处理中的应用[J];淮北煤炭师范学院学报(自然科学版);2007年03期
5 杨志华,齐东旭,杨力华,吴立军;基于经验模式分解的汉字字体识别方法[J];软件学报;2005年08期
6 徐振华;景占荣;贺宏洲;李纪华;;Hilbert-Huang变换在非协作无源定位频率估计中的应用[J];陕西科技大学学报(自然科学版);2008年06期
7 张利红;梁英波;支联合;;现代信号分析技术的经验模式分解方法[J];周口师范学院学报;2009年05期
8 夏敏磊;徐振;俞祁焰;范影乐;;基于Hilbert-Huang变换的语音增强技术研究[J];计算机工程与应用;2010年17期
9 余磊;刘泉;;经验模态分解中端点效应的抑制[J];武汉理工大学学报;2010年10期
10 王耀霞;;基于Hilbert-Huang变换和最小二乘支持向量机的电力市场出清电价预测[J];电子测量技术;2010年09期
11 刘丽伟;李金宝;赵孔新;丁铁夫;;Hilbert-Huang变换在语音增强中的应用[J];微计算机信息;2007年30期
12 毛居全;姚红良;闻邦椿;;质量慢变碰摩故障转子系统动力学诊断研究[J];机械制造;2008年02期
13 李庆刚;谭善文;;基于Hilbert-Huang变换的信号奇异性检测的比较研究[J];西华大学学报(自然科学版);2008年04期
14 王利萍;邵高平;殷小龙;孙军明;;一种基于Hilbert-Huang变换和循环谱的直扩信号参数估计方法[J];信息工程大学学报;2010年06期
15 申丽然,李雪耀,王慧强,尹清波,张汝波;基于Hilbert-Huang变换理论的语音增强初探[J];哈尔滨工程大学学报;2005年02期
16 杨志华;齐东旭;杨力华;;一种基于Hilbert-Huang变换的基音周期检测新方法[J];计算机学报;2006年01期
17 宋立新;王祁;王玉静;梁堃;;具有间断事件检测和分离的经验模态分解方法[J];哈尔滨工程大学学报;2007年02期
18 宋立新;王玉静;王祁;;基于Hilbert-Huang变换的心率变异信号分析[J];振动与冲击;2007年10期
19 范影乐;俞祁焰;李轶;庞全;;基于Hilbert-Huang变换的含噪语音特征分析[J];传感技术学报;2007年10期
20 汪建武;;基于瞬时频率的旋转机械故障诊断[J];机床与液压;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王慧;刘正士;;基于HHT方法的结构模态参数识别[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
2 刘进明;董书伟;应明;沈松;;桥梁健康监测的动态参数识别技术[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
3 邓昌;顾培英;汤雷;;基于移动附加质量的模态参数识别方法[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2010年
4 张明星;柳亦兵;辛卫东;;基于时域方法的核电站沸水反应堆试验模态参数识别[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 王慧;刘正士;;基于HHT方法的结构模态参数识别[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文摘要集[C];2007年
6 吕中亮;杨昌棋;唐亮;;多点激励模态参数识别方法及其噪声影响研究[A];重庆力学学会2009年学术年会论文集[C];2009年
7 邓兆祥;何渝生;;利用差分方程辨识汽车构件模态参数的新方法[A];四川省汽车工程学会第一届二次年会论文集[C];1991年
8 姜保宋;周志勇;;几种气动导数识别方法的比较[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(中册)[C];2007年
9 何爱香;裴楠楠;王永强;;基于HHT变换的井下声音信号频谱分析[A];2008通信理论与技术新发展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(下)[C];2008年
10 全海燕;王威廉;;Hilbert-Huang变换及其在心音信号分析中的应用[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王学敏;基于Hilbert-Huang变换的桥梁监测信号分析与处理和时变模态参数识别[D];中南大学;2008年
2 孙鑫晖;频域模态参数识别研究及其软件实现[D];南京航空航天大学;2010年
3 王超;基于小波变换的时变结构参数识别研究[D];中南大学;2009年
4 王慧;HHT方法及其若干应用研究[D];合肥工业大学;2009年
5 张家滨;基于子空间算法的结构模态参数识别与在线监测研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 陈为真;大型结构振动信号处理与模态参数识别研究[D];华中科技大学;2010年
7 陈世民;桥梁监测系统中海量数据分析理论与应用[D];重庆大学;2011年
8 童若飞;空间结构模态识别与实测方法研究[D];浙江大学;2011年
9 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
10 申丽然;Hilbert-Huang变换及其在含噪语音信号处理中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋斌华;基于Hilbert-Huang变换和局部均值分解的时变结构模态参数识别[D];中南大学;2009年
2 郭庆习;城市桥梁实验模态分析方法[D];郑州大学;2011年
3 徐敏;桥梁结构模态参数识别研究[D];西南交通大学;2010年
4 李达文;基于HHT和SSI的环境激励下土木工程结构模态参数识别方法研究[D];兰州理工大学;2008年
5 张启福;应用于桥梁健康监测系统的分布式测控系统的研究[D];西南交通大学;2010年
6 张成军;桥梁健康监测用光纤光栅信号采集与处理研究[D];昆明理工大学;2012年
7 年秋华;储液罐平台的模态参数识别[D];大连理工大学;2010年
8 罗奎;基于自然激励技术的结构模态参数识别应用研究[D];武汉理工大学;2010年
9 郭明龙;基于时频分析的应变模态参数识别[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 张莹;钢管桁架结构的模态参数识别[D];大连理工大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 成春玲 张海峰;河北首个桥梁健康监测系统运行[N];中国交通报;2009年
2 记者 王瑞水 通讯员 朱振宇;江苏成立长大桥梁健康监测数据中心[N];中国交通报;2010年
3 本报记者 田翔;桥梁健康监测争议中走向前台[N];中国交通报;2011年
4 记者 沐滟;桥梁健康监测用上“心电图”[N];无锡日报;2010年
5 付丽 史学峰;又一专利技术诞生[N];中国建设报;2009年
6 本报通讯员吕爱武 陈树青;培植诚信的土壤[N];工人日报;2003年
7 何秋斌 施葵 杭乔 田翔 (本报记者 何秋斌 田翔);苏通大桥这一年[N];中国交通报;2009年
8 肖波 张芳;危桥:达摩斯克剑何时不再高悬[N];经济参考报;2004年
9 本报见习记者 许琦敏;桥梁健康的守护者[N];文汇报;2003年
10 黄福音 南宁市城管局大桥管理处;完善和加强城市公共桥梁安全管理[N];南宁日报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978