基于Hilbert-Huang变换的桥梁结构模态参数识别

论文摘要

结构模态参数识别问题是结构健康监测、损伤识别、结构动力特性等研究工作的基础和前提,传统的模态参数识别方法仅局限于时域或频域内的研究,存在着许多不足。Hilbert-Huang变换（HHT）是一种处理非线性、非平稳信号的现代时频分析方法,其在结构模态参数识别方面具有很大的潜力。为此,本文基于HHT方法对桥梁结构模态参数识别问题进行了研究,并完成了以下几个方面的工作：1、介绍了结构模态参数识别的研究进展,确定采用HHT时频分析方法解决结构模态参数识别问题,并对HHT方法的基本理论和基本算法进行了阐述；2、编制了HHT算法的程序,通过算例验证了程序的正确性,为解决具体问题提供了技术支持；3、针对HHT方法存在的端点效应问题,提出了一种基于镜像延拓和支持向量回归机的端点效应抑制方法,通过仿真算例表明该方法具有适应性很强的特点,具有推广价值：4、将改进的HHT方法应用于三自由度体系和简支梁桥仿真算例的模态参数识别,取得了良好的识别效果,验证了所提方法的有效性；5、将改进的HHT方法应用于某吊拉组合桥梁试验模型,有效地识别出其模态参数,证明所提方法能应用于实际桥梁工程的模态参数识别。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 模态参数识别的Hilbert-Huang变换方法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 Hilbert-Huang变换的基本理论
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 Hilbert变换与瞬时频率
• 2.1.2 单分量信号
• 2.1.3 本征模态函数
• 2.1.4 特征时间尺度
• 2.2 Hilbert-Huang变换算法实现过程
• 2.2.1 经验模态分解
• 2.2.2 Hilbert谱分析
• 2.3 Hilbert-Huang变换存在的问题
• 2.3.1 采样频率
• 2.3.2 曲线拟合
• 2.3.3 筛选终止条件
• 2.3.4 模态混叠
• 2.3.5 端点效应
• 2.4 Hilbert-Huang变换的仿真实例
• 2.5 本章小结
• 第3章 Hilbert-Huang变换中端点效应改进方法研究
• 3.1 端点效应产生的原因
• 3.1.1 EMD分解时的端点效应
• 3.1.2 Hilbert变换时的端点效应
• 3.2 端点效应的改进方法研究
• 3.2.1 极值平移法
• 3.2.2 镜像延拓法
• 3.2.3 支持向量机回归法
• 3.3 基于镜像延拓和支持向量回归机方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 桥梁结构模态参数识别应用实例
• 4.1 基于HHT的模态参数识别方法
• 4.1.1 基本理论
• 4.1.2 随机减量法
• 4.2 基于HHT的模态参数识别方法的改进
• 4.2.1 带通滤波法
• 4.2.2 扩展随机减量法
• 4.3 三自由度体系仿真算例
• 4.3.1 解析计算结果
• 4.3.2 模态参数识别结果分析
• 4.4 简支梁桥仿真算例
• 4.4.1 简支梁桥模型
• 4.4.2 有限元计算结果
• 4.4.3 白噪声激励
• 4.4.4 模态参数识别结果分析
• 4.5 东苕溪大桥模型试验
• 4.5.1 模型试验介绍
• 4.5.2 有限元计算结果
• 4.5.3 试验内容介绍
• 4.5.4 模态参数识别结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 一、本文主要研究结论
• 二、展望
• 致谢
• 参考文献