[发明专利]基于经验模态分解的结构损伤预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构损伤识别领域，特别涉及一种基于经验模态分解的结构损伤预警方法。 

背景技术

由于荷载的作用以及环境的影响，土木工程结构在服役期间会出现不同程度的损伤，若不及时发现并采取措施，将带来灾难性的后果，因此有必要进行结构的损伤预警研究。目前，人们研究并提出了许多结构损伤预警方法，其中，基于振动响应分析的结构损伤预警方法由于无需测量激励，仅利用结构响应对结构健康状况进行评估，更接近实际情况，因此，被认为是一种具有广泛应用前景的方法。 

目前，利用结构响应构造振动传递率函数，采用经验模分解技术分解结构损伤前后的振动传递率函数，得到振动传递率函数的各阶固有模式函数，通过比较结构损伤前后各阶固有模式函数图形的突变来判断结构损伤与否，从而发出损伤预警。但是，实际操作时噪声不可避免，而噪声也会引起固有模式函数图形的突变，由于没有具体的量化指标，使结构损伤状态的判断带有一定主观性，特别是结构损伤程度较小时，结果可靠性不高。 

发明内容

本发明针对现在技术中的不足，提供一种利用结构响应构造振动传递率函数，将振动传递率函数的幅值作为分析信号，通过经验模态分解技术获得固有模式函数，参照信号波形处理技术中的波形指数的定义计算固有模式函数的波形指数，通过对比结构损伤前后的波形指数的变化量构造损伤预警指标，进行结构损伤预警研究，结果更为准确直观。 

本发明所采取的技术方案是： 

一种基于经验模态分解的结构损伤预警方法，包括如下步骤： 

步骤1：获取结构损伤前后部分测点的加速度响应信号，通过傅里叶变换计算振动传递率函数： 

Tij(ω)=Ai(ω)Aj(ω)---(1)]]>

式中，A_i(ω)，A_j（ω）为响应信号的傅里叶变换； 

步骤2：将公式（1）所得的振动传递率函数的幅值作为分析信号，通过经验模态分解技术得： 

|Tij|=Σk=1nak+rn(t),---(2)]]>

式中，a_k为振动传递率函数幅值的固有模式函数，r_n(t)为余量； 

由公式（2）可见，经验模态分解将原始信号按一定规律分解为固有模式函数的和，可以认为原始信号的能量被分配到了固有模式函数上。当结构发生损伤时，信号中的能量成分会发生变化，通过经验模态分解后，信号中的能量成分的变化就会在某几阶固有模式函数中显现出来，即某些固有模式函数就会发生明显的变化。