论文部分内容阅读
结构的动态特性参数是研究其振动特性的重要参数,为结构系统的动力学分析、故障诊断及预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。当前,针对时不变系统的动特性参数识别方法多种多样,但针对时变系统的动特性参数识别方法仍然有限,诸多问题有待进一步研究。本文以时变系统为对象,以系统的动特性参数为目标,运用Hilbert-Huang变换(HHT)对时变系统进行动特性参数识别,为时变系统建模分析提供验证手段和修正依据。论文主要研究内容如下:1.系统回顾经典动特性参数识别方法,包括时域法和频域法,概述其发展历程、优缺点和各自适用范围。介绍了当前时变结构动特性参数识别的研究进展,简述四种时频分析方法的原理及其在动特性参数识别领域中的应用研究。比较四种时频分析方法的优缺点,重点总结归纳HHT方法的发展和应用;2.介绍了Hilbert变换、解析信号和瞬时频率的基本定义,简述了HHT涉及的重要概念:单分量信号、本征模函数(IMF)、经验模态分解(EMD)、Hilbert谱分析等,并将HHT与Fourier谱各自分析结果作了比较,为将HHT应用于结构动特性参数识别提出了新的思路和方法;提出了一种解决HHT处理振动信号时端点效应的方法—平滑拟合外推法;提出了一种解决HHT处理含噪声振动信号时模态混叠的方法—IMF参数重组法。仿真算例结果表明这两种方法分别对抑制HHT端点效应和模态混叠问题效果显著;3.推导出基于HHT由线性时变单自由度结构自由振动响应识别其动特性参数的方法。根据EMD在提取结构单阶瞬态响应分量方面的良好性能,将该方法扩展到强迫振动时线性时变单自由度结构及线性时变多自由度结构的动特性参数识别。仿真算例包括线性时变单自由度结构的自由振动响应参数识别和强迫振动响应参数识别、线性时变两自由度结构的强迫振动响应参数识别和含有噪声的自由振动响应参数识别,其结果均表明本文方法的良好效果;4.设计了标准梁通过不同介质的试验,对基于HHT识别时变结构动特性参数的方法进行验证。试验件为一矩形截面直梁,首先通过试验选择梁合适尺寸,再运用传统方法识别梁不同长度浸入水中时各动特性参数,以此作为参考值。基于本文提出的方法,利用梁下落过程中自由振动响应识别时变结构动特性参数,并与“静态”试验识别结果进行比较,验证了本文方法的正确性。将基于HHT识别时变结构动特性参数的方法应用于某弹车系统过坎试验和某水下航行体出水过程的动特性分析,识别出结构的瞬时频率,取得了良好的效果。