基于HHT方法的時變結(jié)構(gòu)參數(shù)識別.pdf

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于HHT方法的時變結(jié)構(gòu)參數(shù)識別姓名：熊飛申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造指導(dǎo)教師：程遠(yuǎn)勝20070130摘要本文主要研究了基于HHT(Hilbert-HuangTransform)方法的時變結(jié)構(gòu)參數(shù)識別方法、結(jié)構(gòu)損傷識別方法以及利用受控結(jié)構(gòu)進(jìn)行原結(jié)構(gòu)參數(shù)識別的方法。本文的重點(diǎn)和創(chuàng)新就是把HHT法與數(shù)學(xué)規(guī)劃方法相結(jié)合，用于時變多自由度系統(tǒng)的參數(shù)識別。其做法為：首先通過HHT方法得到結(jié)構(gòu)各階模態(tài)的瞬時頻率變化時程，然后以待識別的剛度或質(zhì)量參數(shù)作為設(shè)計變量，借助數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，對選定的時間點(diǎn)，極小化計算得到的頻率與瞬時頻率之差的平方和。對

2、應(yīng)該平方和最小的剛度或質(zhì)量值即為選定時刻識別得到的剛度或質(zhì)量參數(shù)值。選定一系列的時間點(diǎn)，重復(fù)上述極小化過程，即可得到具有時變性的剛度或質(zhì)量參數(shù)值。數(shù)值仿真結(jié)果表明，提出的識別方法能根據(jù)系統(tǒng)在簡諧激勵下的加速度信號，較好地識別出時變多自由度系統(tǒng)的參數(shù)變化。本文也提出了基于HHT方法的時變結(jié)構(gòu)損傷識別方法，其做法為：通過HHT法得到結(jié)構(gòu)固有頻率隨時間變化時程，通過建立以頻率為損傷指標(biāo)的損傷判定方法對結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷進(jìn)行判斷。數(shù)值仿真結(jié)果表明，HHT法能較好地區(qū)分時變多自由度系統(tǒng)的響應(yīng)變化是由外激勵變化引起還是由系統(tǒng)損傷引起，從而能根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)時程信號較好地識別損傷是否發(fā)生以及

3、發(fā)生的時刻。對于外激勵頻率和系統(tǒng)固有頻率相隔很近的情況，窗函數(shù)不能較好地過濾掉穩(wěn)態(tài)部分的影響，此時用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)方法不能很好地分離出系統(tǒng)的固有頻率成分?；诖朔N情況，作者提出在原有結(jié)構(gòu)上附加一個子結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個新結(jié)構(gòu)（稱之為受控結(jié)構(gòu)）以改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率，從而增加外激勵頻率和系統(tǒng)固有頻率的距離，通過先識別受控結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)來達(dá)到識別原有結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的。數(shù)值仿真結(jié)果表明，提出的借助HHT和受控結(jié)構(gòu)的方法能較好地識別出原結(jié)構(gòu)的參數(shù)變化。關(guān)鍵詞：Hilbert-Huang變換，時變多自由度系統(tǒng)，參數(shù)識別，損傷識別，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)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