基于Hilbert-Huang变换和振动传递率的玻璃幕墙开胶损伤识别研究

摘要

玻璃幕墙是当代的一种新型墙体，它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。在世界各大洲的主要城市均建有宏伟华丽的玻璃幕墙建筑，如纽约世界贸易中心、芝加哥石油大厦、西尔斯大厦都采用了玻璃幕墙。香港中国银行大厦、北京长城饭店和上海联谊大厦也相继采用。由于我国上世纪八十年代兴建的幕墙工程至今已经基本达到其设计使用年限，但是多数幕墙玻璃在预防玻璃脱落、突然自爆方面，没有采取任何防范措施，存在安全隐患。它们是否能满足安全使用要求呢?若不能的话，应如何检测以及应如何采取措施进行补强和加固等等，一直是困扰着工程师们的问题。本文以工程结构动力检测理论为基础，采用Hilben-Huang变换的信号分析方法，将振动传递率作为损伤识别指标，进行了以下的研究工作：介绍了振动传递率基本理论，将其应用到玻璃幕墙开胶损伤识别中并与频响函数进行了对比，研究结果表明：频响函数和振动传递率都能应用于玻璃幕墙开胶损伤识别，振动传递率方法在一定程度上优于频响函数；介绍了一种新的信号分析方法——Hilbert-Huang变换，这种方法适用于处理非平稳、非线性信号，已广泛应用于地震检测、生物医学、海洋平台及结构健康监测等领域，并取得了许多成果，数值仿真表明，将Hilben-Huang变换用于非线性、非平稳信号特征分析是可行的，较其它信号分析方法具有优越性；针对风荷载，地震荷载等的存在以及难以精确量测，提出一种无需量测外荷载的新的损伤识别方法，提高了损伤动态测量精度，与传统方法相比，此方法无需量测外荷载也能识别结构损伤，损伤参数值能反应损伤大小。

目录

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第一章绪论

1.1课题来源

1.2选题背景、理论依据及其意义

1.3基于振动的结构损伤识别研究现状

1.3.1传统型基于振动的损伤识别方法

1.3.2现代型基于振动的损伤识别方法

1.4结构损伤识别信号处理方法研究现状

1.5本课题研究的主要内容、实验设计方案、预期效果

1.5.1理论研究：研究基于振动的幕墙开胶损伤识别方法

1.5.2模型的有限元理论研究

1.5.3试验研究

1.5.4试验设计方案

1.5.5预期效果

第二章振动传递率方法及其在玻璃幕墙开胶损伤识别中的应用

2.1概述

2.2基于振动传递率损伤识别基本理论

2.3振动传递率损伤识别数值算例

2.3.1 ANSYS有限元建模

2.3.2振动传递率、频响函数灵敏性比较

2.3.3频响函数及其改变率

2.3.4振动传递率及其改变率

2.3.5振动传递率与频响函数的对比分析

2.4小结

第三章 Hilbert-Huang变换方法及其在玻璃幕墙损伤识别中的应用

3.1概述

3.2瞬时频率与固有模态函数

3.2.1瞬时频率

3.2.2固有模态函数

3.3 EMD方法

3.3.1 EMD方法基本原理

3.3.2 EMD方法的特点

3.4 Hilbert谱和Hilbert边际谱

3.5 Hilbert-Huang变换方法的优越性

3.6 Hilbert-Huang变换方法的不足之处

3.7 Hilbert-Huang变换的数值仿真

3.7.1仿真信号一：正弦叠加信号

3.7.2仿真信号二：Duffing信号

3.7.3仿真信号三：分段正弦信号

3.7.4仿真信号四：Chirp信号

3.8小结

第四章玻璃幕墙开胶损伤识别实验研究

4.1概述

4.2玻璃幕墙开胶损伤检测实验概述

4.2.1实验目的

4.2.2试件选取

4.2.3实验仪器设备

4.2.4实验内容

4.3基于HHT的玻璃幕墙开胶损伤试验信号分析

4.4 IMF振动传递率损伤识别方法

4.4.1损伤识别参数的构建

4.4.2经时频变换后的振动传递率及其改变率

4.5小结

第五章结论与展望

5.1研究成果与主要结论

5.2研究展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间发表的论文