基于改进的S变换时频谱重排的时变结构瞬时频率识别研究

发布时间：2020-10-10 11:05

　　 桥梁结构在服役期间由于载荷、环境以及人为等因素的影响,其动力响应信号随时间在不断变化。而动力特性的精确识别对桥梁的有限元建模及受力状态精细分析、结构模型修正及健康监测、抗风抗震设计等有着至关重要的作用。瞬态频率可较好地反映信号瞬态成分的特征,本文针对桥梁结构中的时变响应,在现有信号处理方法基础上采用改进的S变换及时频谱重排技术识别时变结构的瞬时频率。本文的主要工作如下:首先对现有的时频分析方法进行介绍,通过对比说明S变换的优势,S变换更适合分析非平稳信号。S变换的窗宽与频率成反比,窗口的变化趋势是不能改变的。高斯函数表达式不能直接在计算机中使用,因为高斯核有无限的支持,必须被截断为有限的窗口在其边界处引入一个不连续性,这可能会导致后续分析出现误差,从而影响信号参数识别的精确性。文中采用弹性窗口紧支撑核函数代替S变换的固定窗口函数,通过时频集中准则对窗口函数的参数进行优化,目的是提高S变换的时频分辨率和适用性,使得计算更加简单,同时优化核函数中的参数,从而使得时频谱能量聚集性更好。由于时间分辨率和频率分辨率不能同时达到最大,时频的聚集性受到限制。时频图中时频曲线一般较宽,得到的是一个模糊化的时频图。为了更好地得到时间和频率的关系,在时频分析中引入了时频谱重排的方法,用于提高时频的聚集性,并且能有效抵抗噪声的干扰,本文采用动态规划法提取信号脊线,从而识别瞬时频率,在动态规划法中通过增加罚函数在平滑约束下最大限度地利用能量,显著地提高了瞬时频率识别的精度。最后通过数值模拟及索力随时间变化的拉索结构试验,采用文中提出的方法进行结构瞬时频率识别,并与现有的时频分析方法识别的结果进行对比,从而验证其更加精确、有效。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U446
【部分图文】：

(e) 意大利热那亚公路大桥 (f) 四川岷江大桥图 1.1 桥梁灾害性事故Fig.1.1 Some typical bridge disaster随着桥梁规模不断增加，以及在运营阶段对桥梁的健康监测的要求不断提升且桥梁结构的动力特性随时间在不断变化，而动力特性对桥梁的有限元建模及

STFT分辨率图

图 2.4 不同窗长条件下 STFT 谱图的比较Fig.2.3 Comparison of STFT spectra under different window lengths窗函数的常用类型包括矩形窗、三角窗、汉宁窗、海明窗、等，矩形窗函数离散时域和频域的表达式见公式(2-10)~(2-13)所示。四种常用的常函数的时域波图如图 2.4 所示。
【参考文献】

相关期刊论文 前8条

1 李振春;刁瑞;韩文功;刘力辉;;线性时频分析方法综述[J];勘探地球物理进展;2010年04期

2 杜秀丽;汪凤泉;;非平稳随机激励下线性系统模态识别的小波方法[J];东南大学学报(自然科学版);2006年02期

3 李惠;周文松;欧进萍;杨永顺;;大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究[J];土木工程学报;2006年02期

4 欧进萍;重大工程结构智能传感网络与健康监测系统的研究与应用[J];中国科学基金;2005年01期

5 孙鸿敏,李宏男;土木工程结构健康监测研究进展[J];防灾减灾工程学报;2003年03期

6 裴强,郭迅,张敏政;桥梁健康监测及诊断研究综述[J];地震工程与工程振动;2003年02期

7 谢强,薛松涛;土木工程结构健康监测的研究状况与进展[J];中国科学基金;2001年05期

8 袁万城,崔飞,张启伟;桥梁健康监测与状态评估的研究现状与发展[J];同济大学学报(自然科学版);1999年02期

本文编号：2835096