基于HHT方法的时变结构参数识别.pdf

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1、华中科技大学硕士学位论文基于HHT方法的时变结构参数识别姓名：熊飞申请学位级别：硕士专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：程远胜20070130摘要本文主要研究了基于HHT(Hilbert-HuangTransform)方法的时变结构参数识别方法、结构损伤识别方法以及利用受控结构进行原结构参数识别的方法。本文的重点和创新就是把HHT法与数学规划方法相结合，用于时变多自由度系统的参数识别。其做法为：首先通过HHT方法得到结构各阶模态的瞬时频率变化时程，然后以待识别的刚度或质量参数作为设计变量，借助数学规划方法，对选定的时间点，极小化计算得到的频率与瞬时频率之差的平方和。对

2、应该平方和最小的刚度或质量值即为选定时刻识别得到的刚度或质量参数值。选定一系列的时间点，重复上述极小化过程，即可得到具有时变性的刚度或质量参数值。数值仿真结果表明，提出的识别方法能根据系统在简谐激励下的加速度信号，较好地识别出时变多自由度系统的参数变化。本文也提出了基于HHT方法的时变结构损伤识别方法，其做法为：通过HHT法得到结构固有频率随时间变化时程，通过建立以频率为损伤指标的损伤判定方法对结构是否发生损伤进行判断。数值仿真结果表明，HHT法能较好地区分时变多自由度系统的响应变化是由外激励变化引起还是由系统损伤引起，从而能根据系统响应时程信号较好地识别损伤是否发生以及

3、发生的时刻。对于外激励频率和系统固有频率相隔很近的情况，窗函数不能较好地过滤掉稳态部分的影响，此时用经验模态分解(EMD)方法不能很好地分离出系统的固有频率成分。基于此种情况，作者提出在原有结构上附加一个子结构，构成一个新结构（称之为受控结构）以改变结构系统的固有频率，从而增加外激励频率和系统固有频率的距离，通过先识别受控结构的结构参数来达到识别原有结构参数的目的。数值仿真结果表明，提出的借助HHT和受控结构的方法能较好地识别出原结构的参数变化。关键词：Hilbert-Huang变换，时变多自由度系统，参数识别，损伤识别，经验模态分解IAbstractMethodsofp

4、arametersanddamageidentificationoftimevaryingstructuresandparametersidentificationoforiginalstructuresbymeansofstructuresundercontrolbasedonHilbert-HuangTransform(HHT)areproposedinthethesis.TheemphasisandinnovationofthisthesisareintheuseofHHTandmathematicalprogrammingtoidentifytheparamete

5、rsoftimevaryingmulti-degreesoffreedom(MDOF)system.Intheanalysis,thetimevaryinginstantaneousfrequencyofeachmodeofthestructureisfirstobtainedbythemethodsofHHT,thenthestiffnessormassparametersatgiventimeareselectedtobedesignvariablesandareidentifiedbyminimizingthesummationofthesquareoferrors

6、betweentheinstantaneousfrequenciesandcomputedfrequencies.Thisminimizationprocedureisrepeatedforallgiveninstantsunderconsiderationinordertoobtaintime-varyingstiffnessormassvaluesduringtheduration.Numericalresultsshowthattheproposedmethodiscapableofidentifyingtimevaryingparametersofmulti-de

7、greesoffreedomsystemsbymeansofresponsetimehistoriesofthesystemssubjectedtoharmonicexcitation.Inthethesis,HHTmethodisalsoemployedtoidentifytheonsetofdamageoftimevaryingMDOFsystem.ThesignalisprocessedbyHHTtoobtaintheinstantaneousfrequencyofeachmode,whichisfurtheruseda