基于奇异值分解的废道自动识别算法

在地震资料处理中,废道检测是一项基础性工作,对后续处理进度和质量有较大影响.奇异值分解技术广泛应用于地震资料处理,本文首次将奇异值分解应用于废道识别中,给出一种基于奇异值分解的废道自动识别算法,通过提取平均振幅、主频、过零点个数、相关系数和衰减因子等5个地震道属性特征,利用奇异值分解技术找出正常道所具有的属性特征向量,根据向量距离找出废道,最后通过实际生产所用地震资料进行了测试验证,结果表明,本算法可以快速准确地识别废道.     

利用奇异值分解方法实时自动检测P波和S波

利用奇异值分解(SVD)分析实现了一种新的P波和S波震相的自动检测方法。该方法是基于Rosenberger(2010)用于三分量地震波形奇异值分解的实时迭代算法。该算法通过利用奇异值分解并将波形分为P波和S波分量来识别视入射角。我们将该算法应用于滤波后的波形,然后在经过滤波和奇异值分解分开的信道上设置入射角和奇异值检测器,或者应用信噪比(SNR)检测器来拾取P波和S波。安扎地震台网和最近在圣哈辛托断层带地区部署的便携式仪器为测试不同设置的检测算法提供了一个非常密集的地震台网,包括不同震源机制的事件、具有不同场地特性的台站和射线路径偏离奇异值分解算法中使用的逼近。2~30Hz巴特沃思带通滤波器给出了各种事件和台站的最佳性能。我们在许多事件上应用奇异值分解检测,并且从2005年6月M_W5.2地震复杂、强烈的余震序列中得到结果。这个序列经过几位分析人员的彻底复查,确定了主震后第一个小时的294个事件都围绕主震密集分布。我们使用这个数据集来微调自动奇异值分解检测、关联和定位,实现了37%事件的自动识别和定位。所有检测到的事件都落在此密集区内,并且没有虚假的事件。普通的信噪比检测器不会超过11%的成功,并且位置分布更广泛(不完全在复查的群集内)。由奇异值分解检测器检测到震相(P波或S波)的预先知识显著降低了由震相盲信噪比检测器产生的噪声。     

基于损伤部位向量法的钢框架损伤识别研究

对损伤部位向量(DLV)法作了简单介绍,并用该方法对钢框架进行了损伤识别和损伤定位。该方法假定结构损伤前后为线性,对结构损伤前后柔度矩阵差进行奇异值分解,将奇异值为零所对应的向量,作为静荷载施加在无损结构的测点位置,则应力为零的单元为可能损伤的单元。对3种不同工况的钢框架进行了振动模态试验,用前3阶模态参数构造框架的柔度矩阵,按照DLV法对其进行了损伤识别,识别结果与已知损伤情况相一致。从测试自由度不完备、噪声和振型质量归一化系数这3个方面对识别效果进行了分析,结果表明:当损伤使结构动力特性有微小改变时,使用该方法不易定位损伤,应结合局部损伤识别方法进行判定;当损伤使结构动力特性有较大改变时,该方法能有效识别损伤的单元。DLV方法概念简单,理论明确,不受结构类型的限制,不需要结构的数学模型和模型缩聚或扩展技术,只需获得结构损伤前后的前几个低阶模态参数,即可识别结构一处或多处损伤,实际应用时可操作性强。     

复杂岩性解释模型稳定性和可靠性评价

对解释模型进行评价以及如何选择合适的解释模型是复杂岩性解释中非常重要的问题。本文应用统计学的理论以及非线性优化技术,系统研究了在线性约束条件下对储层参数的置信区域和误差大小进行估计的问题,通过将梯度投影算法与奇异值分解技术相结合的方法给出了计算储层参数置信区域与误差大小的公式,以及对复杂岩性解释模型的稳定性和可靠性进行合理评价的具体方法。最后通过数值计算实例研究了一种能够有效提高解释模型稳定性和可靠性的措施,数值计算结果证明解释模型响应函数的最小非零奇异值大小是影响稳定性和可靠性的一个重要参数,当最小非零奇异值较大时,模型的稳定性往往较好,否则较差,因此通过对解释模型进行适当组合并选取最小非零奇异值较大的综合解释模型,可以大大提高其稳定性和可靠性。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

基于精细时程积分法的结构碰撞问题研究

结构碰撞问题是影响其抗震性能的一个重要因素。利用精细积分法无条件稳定、精度高和受时间步长限制小的特点,将其用于结构碰撞问题的求解,并进行了公式推导;基于精细积分算法对相邻结构体系进行了碰撞力反应谱研究,考虑了碰撞刚度、初始间隙、阻尼比等参数变化对碰撞力的影响。结果表明,精细积分法用于结构的碰撞分析,计算精度和效率较高,对求解结构碰撞问题是适用的;对碰撞力反应谱分析表明,碰撞力峰值随碰撞刚度值的增大而增大,若使相邻结构的振动特性一致或具有足够大的相邻间隙,可最大限度地减小结构碰撞响应;短周期结构不易发生碰撞。     

水轮机流道压力脉动诱发厂房振动分析

水轮机压力脉动是引起厂房内源振动的主要诱因,如何在振动系统中合理、准确地施加水力荷载的振源特性,是目前机组振动分析的主要难点.文中将压力脉动假定为简谐荷载,通过跟踪楼板的振动变化和共振校核确定机组的振源特性,采用有限元法精细模拟了水轮机流道压力脉动诱发的厂房振动问题,并结合电站特点提出振动控制标准的建议值,由此对振动进...     

基于HHT的结构强震记录分析研究

本文利用HHT(Hilbert-HUang Transform)研究了结构强震记录的时频特性及结构动力特性。介绍了一座7层钢混框架结构及其强震观测台阵概况以及经历的地震情况,选择了在3次有代表性地震中的强震记录,利用一种新的非平稳信号处理方法HHT对记录进行了处理和分析,得到了该结构强震记录的时频幅值三维分布以及边际谱,并将边际谱与傅里叶谱进行了对比,识别了结构的自振频率。研究表明,对结构强震记录这种强非平稳信号,可以利用HHT分析得到能量集中分布的频段与时间范围。HHT边际谱与傅里叶谱相比,在低频部分幅值要大于傅里叶谱,而在高频部分,幅值要小于傅里叶谱。利用结构强震记录识别的自振频率比环境振动测试结果要小。     

索梁耦合振动下拉索几何非线性频率与空间运动

为研究索梁结构非线性振动过程中拉索的空间运动轨迹及其特性,进行了索梁结构模型试验。测试了索梁结构面内、外几何非线性频率,并和有限元结果对比,两者吻合良好;分别研究了索梁结构在自由振动和强迫振动时,拉索空间运动轨迹的变化过程和规律。研究表明:索梁结构面内固有频率的几何非线性效应明显,频率法测斜拉索索力应以面外固有频率为准;索梁结构在自由振动时,拉索空间振动除幅值呈指数衰减外,还具有"气圈"椭圆形状的长/短轴互换和转动方向的顺/逆时针互换两个特征;在稳态的强迫振动时,拉索空间振动"气圈"形状仅随激励频率的变化而改变。     

MCS自适应算法在非线性结构AMD控制中的应用

控制算法决定着振动控制的稳定性和减振效果,是结构AMD主动控制的核心组成部分。将最小控制综合(MCS)自适应算法运用于AMD控制结构系统,该算法不要求事先知道受控结构的精确力学模型和参数,且在受控结构进入非线性状态下也能达到很好的控制效果。利用拉格朗日方程推导了采用MCS算法的非线性结构AMD系统的控制方程;在小型振动台上对刚度突变结构进行了控制试验。试验结果表明:采用MCS自适应算法的AMD系统可以有效地减小刚度突变结构响应,并且可让实际结构响应与参考模型预期响应保持一致,达到满意的减振效果。     

基于分布式应变监测的大跨度斜拉桥结构损伤探测

结构损伤具有典型的局部性质,通常表现为局部应变的异常。结构应变的分布式监测与损伤敏感特征分析,是实现大跨桥梁损伤探测与定位的理想途径之一。但是,由于环境噪声的影响,对分布式应变信号的监测往往不能准确反映结构出现的损伤状况。因此,提出了通过小波变换对分布式光纤测试的斜拉桥桥面应变分布进行多尺度分析的方法。这种方法可以克服分布式光纤应变监测信号受观测噪声和空间分辨率平均效应的不利影响,准确地确定空间域信号奇异点在桥面的位置。同时,在实验室建立了比尺为1∶150的模型斜拉桥。通过对斜拉桥数值模型与物理模型试验结果的分析和比较,验证了所提出方法的有效性。     

Comparison of adaptive structural damage identification techniques in nonlinear hysteretic vibration isolation systems

Early structural damage identification to obtain an accurate condition assessment can assist in the reprioritization of structural retrofitting schedules in order to guarantee structural safety. Nowadays, seismic isolation technology has been applied in a wide variety of infrastructure, such as buildings, bridges, etc., and the health conditions of these nonlinear hysteretic vibration isolation systems have received considerable attention. To effectively detect structural damage in vibration isolation systems based on vibration data, three time-domain analysis techniques, referred to as the adaptive extended Kalman filter （AEKF）, adaptive sequential nonlinear least-square estimation （ASNLSE） and adaptive quadratic sum-sqnares error （AQSSE）, have been investigated. In this research, these analysis techniques are compared in terms of accuracy, convergence and efficiency, for structural damage detection using experimental data obtained through a series of laboratory tests based on a base-isolated structural model subjected to E1 Centro and Kobe earthquake excitations. The capability of the AEKF, ASNLSE and AQSSE approaches in tracking structural damage is demonstrated and compared.     

Reaching law based sliding mode control for a frame structure under seismic load

Implementation of efficient vibration control schemes for seismically excited structures is becoming more and more important in recent years. In this study, the influence of different control schemes on the dynamic performance of a frame structure excited by El Centro wave, with an emphasis on reaching law based control strategies, is examined. Reaching law refers to the reachable problem and criteria for the sliding state of a control system. Three reaching laws are designed to present different sliding mode control strategies by incorporating a state space model that describes structural dynamic characteristics of a frame structure. Both intact and damaged structures are studied by using the aforementioned control strategies. The influence of different structural damage extents, control locations and reaching law based control methods are further investigated. The results show that the structure can be well controlled using the sliding mode strategy when the induced structural damage extent does not exceed the standard percentage for considering the structure was damaged, which is 20% reduction in structure stiffness, as reported in the literature. The control effectiveness is more satisfactory if the control location is the same as the direction of external excitation. Furthermore, to study the chattering phenomenon of the sliding mode control method, approximation and detail components extracted from the phase plots of the sliding mode control system are compared via wavelet transform at different scales. The results show that for the same type of control law, the system behaves with similar chattering phenomenon.     

Numerical study of characteristics of underground blast induced surface ground motion and their effect on above-ground structures. Part II. Effects on structural responses

Studies of structural responses and damage to high-frequency blast motion are very limited. Current practice uses some empirical allowable ground vibration limits in assessing structural performance. These empirical limits overlook the physical parameters that govern structural response and damage, such as the ground motion characteristics and inherent structural properties. This paper studies the response of RC frame structures to numerically simulated underground blast-induced ground motions. The structural response and damage characteristics of frame structures to ground motions of different frequencies are investigated first. The effects of blast ground motion spatial variations and soil–structure interaction on structural responses are also studied. A suitable discrete model that gives accurate response prediction is determined. A damage index defined based on the accumulated plastic hinge rotation is used to predict structural damage level. Numerical results indicated that both the low structural vibration modes (global modes) and the first elemental vibration mode (local) might govern the dynamic structural responses depending on the ground motion frequency and structural response parameters under consideration. Both ground motion spatial variations and soil–structure interaction effects are prominent. Neglecting them might yield inaccurate structural response prediction. The overall structural response and damage are highly ground motion frequency dependent. Numerical results of structural damage are also compared with some test results obtained in a previous study and with code specifications. Discussions on the adequacy of the code allowable ground vibration limits on RC frame structures are also made.     

基于小波包能量特征向量的结构动力响应损伤识别

在结构动力响应监测中如何准确判断结构损伤状况是工程上的一大难题,本文研究通过小波包能量特征向量提取结构损伤信息来识别结构损伤的方法,并进行实验分析,同时分析噪声对能量值的影响。实验发现:小波包能量特征向量具有识别结构状态的能力,并且不受噪声的影响,相反,对观测信号去噪后不利于能量特征向量的提取。     

Damage identification of structures with uncertain frequency and mode shape data

A statistical method with combined uncertain frequency and mode shape data for structural damage identification is proposed. By comparing the measured vibration data before damage or analytical finite element model of the intact structure with those measured after damage, the finite element model is updated so that its vibration characteristic changes are equal to the changes in the measured data as closely as possible. The effects of uncertainties in both the measured vibration data and finite element model are considered as random variables in model updating. The statistical variations of the updated finite element model are derived with perturbation method and Monte Carlo technique. The probabilities of damage existence in the structural members are then defined. The proposed method is applied to a laboratory tested steel cantilever beam and frame structure. The results show that all the damages are identified correctly with high probabilities of damage existence. Discussions are also made on the applicability of the method when no measurement data of intact structure are available. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

中强震下砌体结构损伤检测方法研究

当前地震记录法检测中强震下砌体结构损伤时,基于已知砌体结构地震动记录实施损伤检测存在较高的局限性。提出新的中强震下砌体结构损伤检测方法,利用DASP动态测试分析仪和891型的压电式位移传感器,检测拟静力试验后的砌体结构模型,采用参数互补校正方法得到受损砌体结构的自振频率和振型检测,通过有限元分析获取砌体结构位移,依据频率和位移采用信号匹配方法检测砌体结构损伤情况,根据墙体刚度变化检测中强震下砌体结构的损伤程度。实验证明所提方法可对中强震下砌体结构损伤情况进行准确检测。     

一种基于时间序列与核岭回归的结构损伤定位方法

结构健康监测的一个重要目的是实现结构损伤识别与定位,文章将结构监测数据的时间序列模型与机器学习中的核岭回归相结合,提出了一种新的结构损伤定位方法.先定义结构损伤识别矩阵,推导出结构损伤系数向量与损伤结构和未损伤结构的自回归系数向量差值的关联关系,结构的损伤识别矩阵可以通过机器学习中的核岭回归算法获得.对比其他回归算法,核岭回归的正则化、核函数特性可以大幅提高模型的拟合性能与泛化性能,更好地应用于结构损伤识别.然后通过一混凝土框架数值模型对该方法进行验证.结果表明该方法对结构的单损伤、多损伤均可进行有效识别,准确率较高.     

多维分形奇异功率谱分析与应用

地球物理信号中普遍含有噪声，消除噪声是地球物理信号处理中的关键技术之一.奇异功率谱分析（SSA）是在状态空间（又称相空间）中研究（系统）动力学、非线性科学与混沌现象的方法.本文在状态空间中通过SSA分解，研究、应用地球物理序列的尺度不变性进行多维分形滤波：通过在状态空间的SSA分解，构造了经验正交函数系（EOF）；在EOF子空间中定义了两种尺度与测度后，发现了两种测度与尺度皆在多个尺度范围内存在尺度不变性；利用这种尺度~测度的尺度不变性，设计、实现了多维分形奇异功率谱(MSSA)滤波模型；处理解释了大洋钻探（ODP）1143A孔岩芯自然反射性（NGR）资料；Fourier功率谱分析结果证明，MSSA能有效地压制噪声，提取有用信号.研究得出，嵌入维数对MSSA基本无影响（小于1/1000），多维分形滤波器（MSSA）能有效压制噪声或提取有用信号.     

基于双层深度置信网络的梁桥结构损伤识别方法研究

为高效准确识别桥梁结构损伤,将深度学习与结构动力特性相结合,提出基于双层深度置信网络的桥梁结构损伤识别方法。首先取结构前3阶竖向振动频率和跨中节点前3阶竖向振动模态位移为参数,将其共同作为首层深度置信网络(DBN)的输入数据对结构的损伤位置进行识别;然后以1阶竖向振动的模态位移差作为参数,基于二层DBN对结构损伤程度进行预测;最后以郑许市域铁路桥梁为例进行验证。计算结果显示,当不考虑误差时,基于双层深度置信网络的结构损伤方法进行识别且结果精确;当噪声程度不超过10%时,定位识别结果准确率达100%;当噪声程度不超过15%时,定量识别结果最大绝对误差限不超过1.15%,识别结果准确;与传统的BP神经网络方法相比,本方法识别精度更高,抗噪性更强。