HHT法的基本原理及其应用探讨.pdf

第36卷 第4期 东 华 理 工 大 学 学 报 (自然科学版) Vo1．36 No．4 2013年 l2月 JOURNAL OF EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY Dec．2013 doi：10．3969／j．issn．1674—3504．2013．04．013 HHT法的基本原理及其应用探讨 张丽娜 ， 李凤臣 ， 彭必全 ，袁青竹 ， 郑喜亮2 (1．东华理工大学 建筑工程学院，江西南昌 330013；2．中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 400013) 摘 要：以Timoshenko单跨梁为研究对象，采用回转射线矩阵法进行动力响应计算，针对 Timoshenko梁的瞬态响应信号为 非平稳信号，采用基于Hilbert—Huang变换原理的信号时频分析，并与FFT的处理结果进行对比分析。结果表明，HHT方法 比Frr法更适合非平稳信号的分析和处理，同时，HHT方法不仅可以将瞬态信号中低频和高频部分分离出来，还可 以通过 Hilbert谱展示信号能量在时频域 内的分布，更为深入 的了解信号的本质 。 关键词 ：Timoshenko梁理论 ；HHT；瞬态响应 ；信号处理 中图分类号：TU311．3 文献标识码 ：A 文章编号：1674-3504(2013)04-0419-05 张丽娜，李风 臣，彭必全，等．2013．HHT法的基本原理及其应用探讨 [J]．东华理工大学学报：自然科学版，36(4)：419- 423． ZhangLi—Ha，LiFeng—chen，PengBi-quan，eta1．2013．ThebasicprincipleofHHTmethodandapplicationdiscussion[J]．Journal ofEastChinaInstituteofTechnology(NaturalScience)，36(4)：419-423． 对于给定的非平稳信号，传统的信号处理方法 Transform(HHT)方法是 由Huang等(1998)提出的 是基于 Fourier变换的频谱分析法，Fourier变换在 一 种全新的信号处理方法，能够在时频域 内对信号 任一频点上的值是信号在整个时域上的统计平均 进行分析处理，其依据信号本身的局部特征信息进 值 (应怀樵，1985)，因此不能准确反映非平稳信号 行 自适应分解 ，不需要预先设定参数 。因此，克服 的时变特征，且要求分析信号是稳态的、线性的。 了依赖预测人员主观经验的问题，且具有较强的抵 近年来 ，基于小波变换的时频分析法受到了广泛关 抗噪声能力，能更好地反映信号的本质特征。这一 注 (Kareemeta1．，1996，Houeta1．，2000，李洪泉 方法在此后短短几年 内，便在地质、海洋、医学等 等，2003)。小波分析能同时提供振动信号的时域 工程领域得到了成功应用。实践表 明，该方法是一 和频域的局部化信息，但小波分析法仍然以Fourier 种较为理想的非线性和非稳态信号的分析工具 (喻 变换为基础 ，是对 Fourier变换 的改进 ，在识别振动 晓今 ，2004，杨恒 山，2008)。 信号包含的非线性和非稳态特性时，需假定先验的 本文应用 HHT对冲击荷载作用下结构瞬态响 小波基函数形式，同一信号采用不同的小波基函数 应的信号进行分析，观察结构的内部物理特征，更 可能导致分析结果差别较大，难 以对信号做精确的 加深人的了解结构在荷载作用下的响应 。 时频域分析 。然而，在土木工程领域，环境激励下 的结构振动响应信号多为非线性、非平稳信号，传 l Hilbert—Huang变换的基本原理 统的Fourier变换和小波分析所提供 的时频分析方 HHT包含两大部分 ：经验模态分解 (Empirical 法在实际应用中存在一定的局限性