Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин icon

Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин



НазваниеПреобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин
Дата конвертации26.08.2012
Размер358.61 Kb.
ТипРеферат


ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ГИЛЬБЕРТА-ХУАНГА

ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В СТРОЕНИЯХ ПЛАСТИН

Введение и содержание работы

Выборки и машинный перевод.

Преобразование Гильберта-Хуанга: http://prodav.narod.ru/hht

THE HILBERT-HUANG TRANSFORM FOR DAMAGE DETECTION IN PLATE STRUCTURES


Arnaud I. Zemmour, Master of Science, 2006

Directed By: Professor Darryll Pines. Department of Aerospace Engineering


This thesis investigates the detection of structural damage in plate structures using the empirical mode decomposition method along with the Hilbert spectral analysis. In recent years there have been an extensive amount of research associated with the development of health monitoring methods for aerospace systems, such as aging aircraft and Health and Usage Monitoring Systems (HUMS) for rotorcraft. The method developed here exploits a new time-frequency signal processing analysis tool, the Hilbert-Huang transform, along with the Lamb wave propagation for thin plates. With the use of the wave reflections from discontinuities, damage identification methods were developed to determine the presence, location and extent of damage in isotropic and composite plate structures.


Эта работа исследует обнаружение структурного повреждения в строениях пластины, используя эмпирический метод модового разложения наряду с Гильбертовым спектральным анализом. В последние годы было обширное количество исследований, присоединенного с разработкой методов дозиметрии для космических систем, таких как стареющий самолет и Системы контроля Здоровья и Использования (ГУЛЫ) для вертолета. Метод, разработанный здесь, эксплуатирует новый частотный временем сигнал, обрабатывающий инструмент анализа, трансформанту Гильберта-Huang, наряду с Лэмбовским распространением волны для тонких пластин. С использованием симметрий волны от разрывов методы идентификации повреждения были разработаны, чтобы определить присутствие, локализацию и степень повреждения в изотропных и сложных строениях пластины.


The ability of the empirical mode decomposition to extract embedded oscillations, to reveal hidden reflections in the data and to provide a high-resolution energy-time- frequency spectrum is used to describe the Lamb waves interactions with various damaged regions.


Способность эмпирического модового разложения извлечь закладные колебания, открыть скрытые симметрии относительно данных и снабдить энергетическо-разовое с высокой разрешающей способностью - спектр частот используется, чтобы описать Лэмбовские взаимодействия волн с различными поврежденными областями.


© Copyright by Arnaud I. Zemmour 2006


Table of Contents


Chapter 1. Introduction.

1.1 Motivation…….......................................................................................
............. 1

1.2 Structural Health Monitoring Overview ............................................................. 3

1.2.1 Challenge and Goals of Structural Health Monitoring ................................ 3

1.2.2 Safety Issue .................................................................................................. 4

1.2.3 Cost Issue ..................................................................................................... 5

1.2.4 Performance Issue ........................................................................................ 5

1.2.5 Summary ...................................................................................................... 6

1.3 Signal Processing in SHM .................................................................................. 7

1.3.1 Signal Processing ......................................................................................... 7

1.3.2 Spectral Analysis ......................................................................................... 8

1.3.3 Short-Time Fourier Transform (STFT) ....................................................... 9

1.3.4 Wavelet Transform .................................................................................... 10

1.3.5 Hilbert-Huang Transform (HHT) .............................................................. 12

1.4 Present Study .................................................................................................... 14

1.5 Organization of the thesis ................................................................................. 16


1.1 Побуждение ….................................................................................................... 1

1.2 Структурный Краткий обзор Дозиметрии............................................................. 3

1.2.1 Запрос и Цели Структурной Дозиметрии................................ 3

1.2.2 Безопасная Проблема.................................................................................................. 4

1.2.3 Проблема Стоимости..................................................................................................... 5

1.2.4 Проблема Рабочих характеристик........................................................................................ 5

1.2.5 Резюме...................................................................................................... 6

1.3 Обработка Сигнала в структурной дозиметрии ........................................................................ 7

1.3.1 Сигнальная Обработка......................................................................................... 7

1.3.2 Спектральный анализ......................................................................................... 8

1.3.3 Кратковременный Фурье-спектрометр (STFT)....................................................... 9

1.3.4 Вейвлетное преобразование .............................................................................. 10

1.3.5 Гильберт-Huang Transform (HHT).............................................................. 12

1.4 Данное исследование.................................................................................................... 14

1.5 Устройство тезиса................................................................................. 16


Chapter 2. Time-Frequency Methods For Damage Detection.

2.1 Short-Time Fourier Transform (STFT) ............................................................ 19

2.1.1 Description of The Method ........................................................................ 19

2.1.2 Example ..................................................................................................... 21

2.1.3 Conclusion .................................................................................................. 24

2.2 The Wavelet Transform .................................................................................... 25

2.2.1 Description of the method.......................................................................... 25

2.2.2 Example ..................................................................................................... 29

2.2.3 Conclusion ................................................................................................. 31

2.3 The Wigner-Ville Distribution.......................................................................... 32

2.3.1 Description of The Method ........................................................................ 32

2.3.2 Example ..................................................................................................... 34

2.3.3 Conclusion ................................................................................................. 37

2.4 Summary ........................................................................................................... 37


Глава 2. Частотно-временные Методы Для Обнаружения Повреждения.

2.1 Кратковременный Фурье-спектрометр (STFT)............................................................ 19

2.1.1 Описание Метода........................................................................ 19

2.1.2 Пример..................................................................................................... 21

2.1.3 Заключение.................................................................................................. 24

2.2 Трансформанта Небольшой волны.................................................................................... 25

2.2.1 Описание метода.......................................................................... 25

2.2.2 Пример..................................................................................................... 29

2.2.3 Заключение................................................................................................. 31

2.3 Распространение Wigner-Ville.......................................................................... 32

2.3.1 Описание Метода........................................................................ 32

2.3.2 Пример..................................................................................................... 34

2.3.3 Заключение................................................................................................. 37

2.4 Резюме........................................................................................................... 37


Chapter 3. The Empirical Mode Decomposition (EMD) And The Associated Hilbert Spectral

Analysis.

3.1 Fundamental Concepts...................................................................................... 39

3.1.1 The Hilbert transform and analytical signal............................................... 39

Figure 3.2: Amplitude and phase of the Hilbert transform of a sine wave ......... 42

3.1.2 The Instantaneous Frequency .................................................................... 42

3.1.3 The Hilbert-Huang transform .................................................................... 47

3.2 Program Implementation .................................................................................. 58

3.2.1 Stop Criterion............................................................................................. 58

3.2.2 Spline Fitting.............................................................................................. 60

3.2.3 End Effects ................................................................................................. 61

3.3 Program Validation and Comparison................................................................ 62

3.3.1 Analyzed Signal ......................................................................................... 62

3.3.2 EMD Analysis............................................................................................ 63

3.3.3 Comparison with the others time-frequency methods ............................... 66

3.3.4 Conclusion ................................................................................................. 69

3.5 Summary ........................................................................................................... 70


^ Глава 3. Эмпирическая модовая декомпозиция (EMD) И Присоединенный Спектральный Гильберт Анализ.

3.1 Фундаментальные Понятия...................................................................................... 39

3.1.1 Гильбертова трансформанта и аналитический сигнал............................................... 39

Иллюстрация 3.2: Амплитуда и фаза Гильбертовой трансформанты синусоиды......... 42

3.1.2 Мгновенная Частота.................................................................... 42

3.1.3 Трансформанта Гильберта-Huang.................................................................... 47

3.2 Выполнение Программы.................................................................................. 58

3.2.1 Критерий Ограничителя............................................................................................. 58

3.2.2 Пригонка Шлица.............................................................................................. 60

3.2.3 Концевые эффекты................................................................................................. 61

3.3 Признание выборки беспристрастной Программы и сравнение .............................. 62

3.3.1 Разложенный Сигнал......................................................................................... 62

3.3.2 Анализ EMD............................................................................................ 63

3.3.3 Сравнение с другими частотные временем методы............................... 66

3.3.4 Заключение................................................................................................. 69

3.5 Резюме........................................................................................................... 70


Chapter 4. EMD Metrics For Damage Detection ......................................................................... 71

4.1 The Hilbert instantaneous phase ....................................................................... 71

4.1.1 Description ................................................................................................. 72

Figure 4.1: Hilbert phase example ...................................................................... 74

4.1.2 1D finite element simulation...................................................................... 74

4.1.3 Simulation results....................................................................................... 78

4.2 The energy metric ............................................................................................. 82

4.2.1 Wave and energy........................................................................................ 82

4.2.2 The Hilbert spectrum and the reflected energy.......................................... 83

4.2.3 The Hilbert-Huang spectrum as a damage detection parameter ................ 84

4.3 The phase shift metric ....................................................................................... 88

4.3.1 Principle ..................................................................................................... 88

4.3.2 Application................................................................................................. 89

4.4 Summary ........................................................................................................... 90


Глава 4. Метрики EMD Для Обнаружения Повреждения........................................ 71

4.1 Гильбертова мгновенная фаза....................................................................... 71

4.1.1 Описание................................................................................................. 72

Иллюстрация 4.1: Гильбертов фазовый пример...................................................................... 74

4.1.2 1D конечное моделирование элемента...................................................................... 74

4.1.3 Результаты моделирования....................................................................................... 78

4.2 Энергетическая метрика............................. ................................................ 82

4.2.1 Волна и энергия........................................................................................ 82

4.2.2 Гильбертов спектр и отраженная энергия.......................................... 83

4.2.3 Спектр Гильберта-Huang как параметр обнаружения повреждения................ 84

4.3 Метрика сдвига фаз....................................................................................... 88

4.3.1 Правило..................................................................................................... 88

4.3.2 Применение................................................................................................. 89

4.4 Резюме........................................................................................................... 90


Chapter 5. Damage Detection In Isotropic Plates......................................................................... 92

5.1 Introduction....................................................................................................... 92

5.2 Basic wave mechanics ...................................................................................... 93

5.3 Lamb wave propagation in isotropic plates ...................................................... 94

5.3.1 Lamb wave for damage detection .............................................................. 94

5.3.2 Theory of Lamb wave propagation ............................................................ 95

5.3.3 Modes selection for damage detection....................................................... 99

5.4 Excitation and sensing of Lamb waves........................................................... 100

5.4.1 Constitutive equations.............................................................................. 100

5.4.2 PZT actuator............................................................................................. 101

5.4.3 PVDF sensor array ................................................................................... 102

5.5 Experimental setup and results ....................................................................... 103

5.5.1 Equipment ................................................................................................ 103

5.5.2 Damage detection setup ........................................................................... 105

5.5.3 Transient analysis..................................................................................... 105

5.6 Hilbert-Huang Transform analysis ................................................................. 107

5.6.1 Empirical mode decomposition ............................................................... 107

5.6.2 Hilbert-Huang spectrum and the Energy metric ...................................... 113

5.6.3 Energy-time spectrum and the Phase shift metric.................................... 117

5.7 Summary ......................................................................................................... 119


Глава 5. Обнаружение Повреждения В Изотропных пластинах ....................................... 92

5.1 Введение....................................................................................................... 92

5.2 Основная волновая механика...................................................................................... 93

5.3 Лэмбовское распространение волны в изотропных пластинах....................................... 94

5.3.1 Лэмбовская волна для обнаружения повреждения.............................................................. 94

5.3.2 Теория Лэмбовского распространения волны............................................................ 95

5.3.3 Выбор режимов для обнаружения повреждения....................................................... 99

5.4 Возбуждение и ощущение Лэмбовских волн........................................................... 100

5.4.1 Материальные уравнения.............................................................................. 100

5.4.2 Привод PZT............................................................................................. 101

5.4.3 Антенная решетка чувствительного элемента PVDF ......................................... 102

5.5 Экспериментальная установка и результаты....................................................................... 103

5.5.1 Оборудование................................................................................................ 103

5.5.2 Установка обнаружения повреждения........................................................................... 105

5.5.3 Расчет переходных процессов..................................................................................... 105

5.6 Анализ Гильберта-Huang Transform................................................................. 107

5.6.1 Эмпирическое разложение режима............................................................... 107

5.6.2 Спектр Гильберта-Huang и Энергетическая метрика...................................... 113

5.6.3 Энергетическо-разовый спектр и метрика Сдвига фаз.................................... 117

5.7 Резюме......................................................................................................... 119


Chapter 6. Damage detection in composite plates...................................................................... 121

6.1 Introduction..................................................................................................... 121

6.2 Wave propagation in composite laminates ..................................................... 122

6.2.1 Low-frequency wave propagation ........................................................... 122

6.2.2 High-frequency wave propagation........................................................... 126

6.2.3 Wavenumber filtering .............................................................................. 127

6.3 Composite plate manufacturing ...................................................................... 129

6.4 Delaminations detection and characterization ................................................ 131

6.4.1 Experimental setup................................................................................... 131

6.4.2 Transient analysis..................................................................................... 132

6.4.3 Empirical mode decomposition ............................................................... 134

6.4.4 Directional filtering.................................................................................. 137

6.4.5 Hilbert-Huang spectrum and the energy metric....................................... 139

6.4.6 The Hilbert phase ..................................................................................... 141

6.5 Stiffness changes............................................................................................. 145

6.5.1 Experimental setup................................................................................... 145

6.5.2 Damage along the array axis .................................................................... 146

6.5.2 Non-axis damage detection...................................................................... 154

6.6 Low-velocity impact damage.......................................................................... 159

6.6.1 Experimental Setup .................................................................................. 160

6.6.2 Impact energy quantification ................................................................... 162

6.6.3 Transient signal analysis .......................................................................... 164

6.6.4 Hilbert-Huang spectrum and Energy metric ............................................ 170

6.6.5 Energy-time spectrum and the Phase shift metric.................................... 172

6.6.6 The Hilbert phase ..................................................................................... 174

6.7 Summary ......................................................................................................... 175


Глава 6. Обнаружение повреждения в сложных пластинах..................................... 121

6.1 Введение..................................................................................................... 121

6.2 Распространение волны в соединении расщепляется..................................................... 122

6.2.1 Низкочастотное распространение волны........................................................... 122

6.2.2 Высокочастотное распространение волны........................................................... 126

6.2.3 Фильтрование Wavenumber.............................................................................. 127

6.3 Сложное производство пластины...................................................................... 129

6.4 Обнаружение расслаиваний и характеристика................................................ 131

6.4.1 Экспериментальная установка................................................................................... 131

6.4.2 Расчет переходных процессов..................................................................................... 132

6.4.3 Эмпирическое разложение режима............................................................... 134

6.4.4 Направленное фильтрование.................................................................................. 137

6.4.5 Спектр Гильберта-Huang и энергетическая метрика....................................... 139

6.4.6 Гильбертова фаза..................................................................................... 141

6.5 Изменения жесткости............................................................................................. 145

6.5.1 Экспериментальная установка................................................................................... 145

6.5.2 Повреждение вдоль оси антенной решетки.................................................................... 146

6.5.2 Обнаружение повреждения неоси...................................................................... 154

6.6 Низко-скоростное прицельное повреждение.......................................................................... 159

6.6.1 Экспериментальная Установка.................................................................................. 160

6.6.2 Плотно сожмите энергетическую квантификацию.................................................... 162

6.6.3 Кратковременный сигнальный анализ.......................................................................... 164

6.6.4 Спектр Гильберта-Huang и Энергетическая метрика............................................ 170

6.6.5 Энергетическо-разовый спектр и метрика Сдвига фаз.................................... 172

6.6.6 Гильбертова фаза..................................................................................... 174

6.7 Резюме......................................................................................................... 175


Chapter 7. Conclusion.

7.1 Contributions................................................................................................... 177

7.2 Limitations of Current Methods...................................................................... 181

7.3 Recommendations for Future Work................................................................ 182


Глава 7. Заключение................................................................................................................ 177


7.1 Вклады................................................................................................... 177

7.2 Ограничения Текущих Методов...................................................................... 181

7.3 Рекомендации для Будущей Работы................................................................ 182


Bibliography ............................................................................................................. 185


Примечание: Если Вы использовали этот материал для каких-либо своих нужд и выполнили редактирование перевода, то прошу Вас выслать редактированный текст по E-mail davpro@yandex.ru. С удовольствием заменю на своем сайте нередактированный перевод Вашим с указанием Вашей фамилии и (если разрешите) электронного адреса.

А.В.Давыдов.




xviii






Похожие:

Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconПреобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин

Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconМетрики emd для Обнаружения Повреждения
Эта глава поэтому посвящена исследованию особенностей преобразования Гильберта-Huang, которые могли использоваться, чтобы получить...
Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconВведение в преобразование гильберта-хуанга и связанные с ним математические задачи

Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconВнутренние модовые функции
Преобразование Гильберта-Хуанга и эмпирическая модовая декомпозиция сигналов
Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconВведение в преобразование Гильберта-Хуанга
Норден E. Хуанг. Исследовательский центр адаптивного анализа данных. Национальный Центральный Университет
Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconТема 24. Преобразование гильберта-хуанга судьба новой истины такова: в начале своего существования она всегда кажется ересью
У стадию Хуанг уже прошел. Вытирать об него ноги математики прекратили и скопом ринулись обосновывать новый метод. А практикам понравилось:...
Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconЧастотно-временные методы обнаружения повреждений
Фурье-преобразование ограничено стационарными сигналами, имеющими фиксированное частотное информационное наполнение. Напротив, неустановившиеся...
Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconЧастично редактированный машинный перевод
Обработка на базе bpnn для ликвидации концевых эффектов преобразования Гильберта-Хуанга
Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconВ. А., Давыдов А. В. Краткое введение в преобразование Гильберта-Хуанга Введение
Функции базиса получаются адаптивно непосредственно из данных процедурами отсеивания функций «эмпирических мод». Мгновенные частоты...
Преобразование гильберта-хуанга для обнаружения повреждений в строениях пластин iconB-сплайн база эмпирического метода декомпозиции сигналов машинный перевод
Математические результаты на emd включают Эйлеровы сплайны, как встроенные функции режима, преобразование Гильберта b-сплайнов, и...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов