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基于HHT的地震作用下的结构损伤识别

作　者: 常志巍
导　师: 王柏生
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: HHT 结构损伤识别 边际谱时频响函数 中心频率 Hilbert时频谱 Hilbert边际谱 Hilbert能量谱 Hilbert瞬时能量谱 能量移频 移时 移型
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 209次
引　用: 2次
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内容摘要


实践表明,用HHT的方法识别结构损伤为结构损伤识别领域开启了新的方向。但用基于HHT的方法研究地震动作用下的结构损伤,国内并不多见,且研究人员侧重于对单一的或者组合的固有模态函数以及它们的瞬时频率进行研究和分析。用较少的量测数据来反映结构损伤,并且再现损伤的发生、发展过程是本文的研究兴趣。关注这个过程对于结构研究人员总结地震经验教训,损伤机理,探索和发展结构理论及结构设计实践都具有深远意义。王柏生和孙列提出了用基于Hilbert边际谱时频响函数和中心频率的方法识别结构损伤,这是对原有思路的重大突破,具有深刻意义和潜在的发展空间。本文继承了边际谱时频响函数和中心频率的概念,对上述方法用于地震作用下的结构损伤识别进行了深入探讨、阐释和拓展。作者用此方法细致分析了地震波作用下的一个三层三刚度退化剪切模型,并辅以实测地震台数据加以佐证。结果表明这种方法物理意义明确,并能够很好的识别出结构损伤时刻及损伤的发展情况。实际上HHT只是一种信号分解和处理的手段,作者认为其衍生的诸多概念如Hilbert时频谱、Hilbert边际谱、Hilbert能量谱、Hilbert瞬时能量谱对分析结构损伤均至关重要。但在HHT的应用中,尤其在抗震和结构损伤领域中,尚未见研究人员对这些概念及其物理意义进行系统和全面细致的分析,更未见实际应用。本文另一主要工作就是充分利用HHT的处理结果,多角度的对上述概念加以分析,并结合地震动作用下三层三刚度退化模型和地震台模型加以验证。结果表明作者的方法是有效并且直观的。本文的主要贡献是开拓了HHT在结构损伤识别领域及抗震设计领域的视野及应用空间,吸取了基于性能方法的抗震设计领域的最新成果,以全新的和多方位的角度看待结构损伤现象,第一次从结构能量的移频、移时、移型三个角度全面分析地震作用下的结构损伤。对Hilbert边际谱、Hilbert能量谱、Hilbert瞬时能量谱在结构抗震领域和结构损伤分析领域中的应用做了大量开创性的工作。

全文目录


致谢  7-8
摘要  8-9
Abstract  9-5
目录  5-11
1 绪论  11-28
  1.1 论文研究背景及意义  11-17
  1.2 土木工程中结构的损伤检测概述  17-18
    1.2.1 背景  17-18
    1.2.2 损伤检测中需要解决的问题  18
  1.3 土木工程结构损伤检测的研究方法及分类  18-23
    1.3.1 局部检测与整体性检测  18-19
    1.3.2 具体的损伤检测方法  19-23
  1.4 时频分析法的现状  23-27
    1.4.1 地震动记录时频分析的意义  23
    1.4.2 几种主要的时频分析方法  23-27
  1.5 本论文的主要特点  27-28
2 HHT概述  28-39
  2.1 引言  28-29
  2.2 希尔伯特变换与解析信号  29-32
    2.2.1 希尔伯特(Hilbert)变换  29-31
    2.2.2 解析信号  31-32
  2.3 经验模态分解(EMD)及HHT方法的实现  32-36
  2.4 EMD算法简介  36-39
    2.4.1 EMD包络线求解  36
    2.4.2 EMD分解终止条件确定  36-37
    2.4.3 EMD分解边界条件确定  37-38
    2.4.4 HHT算法流程图  38-39
3 Hilbert边际谱时频响函数的结构损伤识别概述及地震动下结构响应计算  39-54
  3.1 边际谱时频响函数与中心频率  39
  3.2 数值计算模型  39-41
  3.3 对孙列论文及本论文的一点说明  41-47
  3.4 地震反应的数值分析  47-54
4 HHT能量移频与结构损伤识别  54-115
  4.1 输入地震波的时频分析  54-60
  4.2 Hilbert时频谱  60-68
  4.3 HHT边际谱时频响函数与结构固有频率  68-115
    4.3.1 基于HHT的边际谱时频响函数  68
    4.3.2 中心频率  68-69
    4.3.3 固有频率  69-74
    4.3.4 损伤发展过程中结构的“固有频率”——框架模型振动台数据分析  74-79
    4.3.5 损伤发展过程中结构的“固有频率”——三刚度退化剪切模型分析  79-115
5 HHT能量移时、移型与结构损伤识别  115-163
  5.1 地震输入能量  115-135
    5.1.1 引言  115
    5.1.2 地震总输入能量  115-119
    5.1.3 地震瞬时输入能量  119-121
    5.1.4 地震作用下三刚度退化剪切模型的能量分析  121-135
  5.2 Hilbert瞬时能量谱  135-141
  5.3 Hilbert时能量谱  141-163
6 结论与展望  163-164
参考文献  164-168
作者简历  168-169

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构力学 > 结构动力学
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