浅谈基于希尔伯特—黄变换（hht）的地震作用结构损伤识别

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1、Y1050859洳≥等≯b唼、硕士学位论文论文题目．基王益筮伯挂二二黄变逸(蟹!!趁一作者姓名孙到指导教师王拉垒班窥最——．学科(专业)结构互程——一所在学院——建筑王程堂院提交日期一星QQZ生互旦浙江大学硕士学位论文摘要结构健康监测及损伤检测是当前工程界与学术界研究的一个热点问题，本文综述了目前结构损伤检测方法的研究状况及使用范围。由于时程数据处理方法上的缺陷，传统上基于振动的结构损伤分辨的研究大多都是假定系统在损伤前后为线性的前提下，通过比较系统在损伤前后的系统特性来进行损伤检测。本文提出的损伤检测思路是通过在

2、时域上识别出结构的瞬时特征参数，如瞬时固有频率来判断结构的健康状况，即现场实时损伤检测。结构瞬时特征参数的变化时刻和改变程度分别表现了结构振动进入非线性状态的时刻和开展的程度。上述损伤检测方法的实现需要对时域数据进行时频分析获得结构非线性信息。在整个地震工程学领域中，频谱分析扮演着非常重要的角色，但地震动是一个复杂的非平稳随机过程，并且当结构在地震波激励下破坏时，振动会体现出明显的非线性特征，基于傅立叶变换的传统频谱分析方法已经难以发挥作用。近20年来随着信息技术的发展，各种信号处理技术应运而生，并得到了蓬勃发展。

3、本文简要介绍和比较了短时傅立叶变换、Wigner-Wille分布、小波变换等目前广泛使用的时频分析方法。但上述方法都不能很好地描述非线性、非稳态信号的时一频特征。文章重点介绍了新近提出的希尔伯特一黄变换(HHT)这一非线性、非平稳信号处理方法，该方法创造性地提出经验模态分解方法，结合Hilbert变换定义具有明确物理意义的瞬时频率，获得信号的时一频谱——-Hilbert谱，并衍生出边际谱、能量谱和瞬时能量谱。本文计算和分析了ElCen仃o、LomaPdem、Northbridge三条典型地震波的边际谱和Fourie

4、r频谱，对分析结果进行了对比，指出边际谱具有明确的物理意义，能更准确地反映地震动信号的频域特征，显示出HIIT这一方法的优越性。基于傅立叶频响函数的思路，作者定义了由系统响应输出与系统激励输入的边际谱相除的HHT频响函数和HHT时一频率响应谱。通过对边际谱曲线作一“移动频带加权”处理的方法，基本消除瞬时频率值求解误差对边际谱相除产生的影响。通过HHT频晌函数和HHT时一频率响应谱对一个三线型刚度退化模型做了在不同震级地震波激励下的数值模拟。在结构弹性阶段，识别了结构的振动状态，并通过取不同阈值计算“中心频率”求得了

5、结构前两阶固有频率；当结孙列：基于希尔伯特一黄变换(HHn的地震作用结构损伤识别I浙江大学硕士学位论文构在强震作用下由无损到开裂直至屈服，逐渐体现非线性振动时，I-U-IT时一频率响应谱能准确识别结构损伤出现时刻。通过第一阶“中心频率”在时域上的改变时刻和改变程度分别确定了结构出现损伤时刻和描述了损伤程度。作为HHT方法在实际结构损伤识别中应用的尝试，本文利用I-IHT频响函数和HI-IT时一频率响应谱分析了周仙通在香港理工大学期间做的一层框架结构振动台实测数据。发现结构地震反应记录HHT频响函数识别的自振频率比环

6、境振动测试结果要小。作者分析了长达400s的结构模拟地震波激励实测数据，较好地识别了结构在时域上的损伤时刻和损伤程度。通过数值模拟和实测数据分析说明了作者提出的实时损伤检测方法是有效的。关键词：实时损伤检测、时频分析、HHT频响函数、HHT时一频响谱、移动频带加权、阈值、中心频率孙列：基于希尔伯特一黄变换(HHT)的地震作用结构损伤识别n浙江大学硕士学位论文AbstractStructuralhealthmonitoringanddamagedetectionisahotresearchdirectioninthe

7、areaofengineeringandacademecircle．Areviewofpresentresearchonsmlemraldamagedetectionispresentedinthisthesisaswellasitsapplication．Traditionalstructuraldamagedetectionresearchbased011thevibrationmostlysupposesthatthesystemisinstationarystatebeforeandafterdamages

8、odynamicpropertiesofthestnleUlreCanbecompared．Thenotionfordamagedetectionlodgedinthisthesisishowevertoidentifyin．gtantancouschanK：tersofstructurenamelytheinstantaneouseigenfrequenc