基于小波变换爆破振动分析的应用基础研究

论文摘要

爆破振动分析是研究爆破振动危害控制技术的基础和前提之一。由于爆破振动本身的复杂性和瞬变性，爆破振动分析研究仍然是工程爆破领域中一个有待深入研究的应用基础课题。结合国家“十五”科技攻关课题任务的需要，在系统调研国内外专业文献的基础上，作者提出了“基于小波变换爆破振动分析的应用基础研究”的课题。在获得大量现场实测爆破振动数据的基础上，作者应用小波原理，从爆破振动信号分析、爆破振动信号去噪、爆破振动预测和爆破振动安全判据等方面，对爆破振动分析的应用基础进行了深入系统研究。本论文主要研究成果如下： 第一，构建了基于小波原理的爆破振动信号时频特征分析的基本研究方法。创造性地提出了用小波频带能量作为衡量爆破振动作用影响程度的指标，小波频带能量能同时反映爆破振动三要素(振动的强度、频率和持续时间)的作用影响。 第二，探寻并确定了适用于爆破振动分析的最佳小波基。根据爆破振动信号具有持时短和突变快的特点，从小波基的紧支撑、消失矩和对称性等数学特性，小波基重构爆破振动信号的能力和提取爆破振动信号特征的准确度等方面进行研究，系统地确定了db7和sym8为分析和处理爆破振动信号的最佳小波基。 第三，用小波原理系统地研究了爆破振动信号去噪的应用基础问题，率先建立了模极大值、阈值和平移不变三种爆破振动信号去噪算法。这三种小波去噪法均能有效地去除爆破振动信号中的噪声，提高了爆破振动数据的可靠性和准确性，其中平移不变法去除爆破振动信号噪声的效果最佳。 第四，首次建立了爆破振动信号多频带小波系数预测模型。首先用小波技术提取了爆破振动信号不同频带的振动分量，研究各频带爆破振动分量的衰减规律；确定各频带爆破振动分量的频带PPV与药量和距离的关系，进而建立多频带小波系数预测模型。该模型能反映爆

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 爆破振动信号分析现状
• 1.2.2 爆破振动信号去噪现状
• 1.2.3 爆破振动预测现状
• 1.2.4 爆破振动安全判据现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 爆破振动信号小波时频特征分析
• 2.1 小波变换分析理论基础
• 2.1.1 小波理论及其时频局部化特性
• 2.1.2 小波变换
• 2.1.3 多分辨率分析和小波变换的快速算法
• 2.1.4 小波变换的工程解释
• 2.2 爆破振动信号小波时频分析
• 2.2.1 爆破振动信号小波分析原理
• 2.2.2 爆破振动信号的现场测定
• 2.2.3 爆破振动信号小波时频特征
• 2.3 小结
• 第三章 爆破振动信号最佳小波基的确定
• 3.1 小波基的探寻方法
• 3.2 常用的小波基及其性质
• 3.3 爆破振动信号最佳小波基的确定
• 3.3.1 小波基的数学特性分析
• 3.3.2 适合爆破振动信号小波基的特征
• 3.3.3 小波基重构爆破振动信号的分析
• 3.3.4 小波基提取爆破振动信号特征的准确度
• 3.4 小结
• 第四章 爆破振动信号小波去噪的应用理论研究
• 4.1 爆破振动信号小波模极大值去噪
• 4.1.1 小波变换与信号奇异性的表征
• 4.1.2 信号的奇异性与模极大值
• 4.1.3 噪声在小波变换下的尺度特性
• 4.1.4 爆破振动信号小波模极大值去噪算法
• 4.1.5 爆破振动信号小波模极大值去噪的实现
• 4.2 爆破振动信号小波阈值去噪
• 4.2.1 噪声在小波分解下的特性
• 4.2.2 阈值函数与阈值
• 4.2.3 爆破振动信号小波阈值去噪的实现
• 4.3 爆破振动信号小波平移不变去噪
• 4.3.1 时域上的平移
• 4.3.2 平均平移量
• 4.3.3 爆破振动信号小波平移不变去噪算法
• 4.3.4 爆破振动信号小波平移不变去噪的实现
• 4.4 爆破振动信号小波去噪的分析与比较
• 4.5 小结
• 第五章 爆破振动信号多频带小波系数预测模型研究
• 5.1 爆破振动信号衰减的一般规律
• 5.1.1 爆破振动现场试验
• 5.1.2 爆破振动强度预测
• 5.1.3 最小二乘法求K和α值
• 5.1.4 爆破振动试验数据的特征分析
• 5.2 爆破振动信号的分频衰减规律
• 5.2.1 爆破振动分量频带PPV的小波提取
• 5.2.2 不同频带爆破振动分量的K和α值
• 5.2.3 小波频带细分对爆破振动效应的影响
• 5.3 爆破振动信号多频带小波系数预测模型建立
• 5.3.1 场地因素对爆破振动信号频谱的影响
• 5.3.2 爆破振动信号多频带小波系数预测模型
• 5.4 爆破振动信号小波预测的应用
• 5.4.1 爆破振动信号小波预测的基本步骤
• 5.4.2 爆破振动信号波形预测实例
• 5.4.3 爆破振动信号小波预测与实测的对比分析
• 5.5 小结
• 第六章 爆破振动效应小波能量分析研究
• 6.1 爆破振动信号不同频带能量分布特征
• 6.1.1 最大段药量对爆破振动信号小波频带能量分布影响
• 6.1.2 爆心距对爆破振动信号小波频带能量分布影响
• 6.2 结构体对爆破振动响应分析
• 6.2.1 结构体对振动响应的理论分析
• 6.2.2 结构体对振动响应的计算分析
• 6.3 爆破振动效应安全响应能量判据探索
• 6.3.1 响应能量判据的提出
• 6.3.2 结构体频带响应系数的确定
• 6.3.3 建立响应能量判据安全标准的基本方法
• 6.4 爆破振动安全响应能量判据的应用
• 6.4.1 爆破振动工程实例
• 6.4.2 爆破振动安全响应能量判据评价
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间主要的研究成果