手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

傅立叶、小波及希尔波特—黄变换在地震工程领域的应用研究

连海宁

  强震记录是蕴藏着丰富地震动与结构反应信息的一类信号,是地震工程和工程抗震设计研究中的基础资料。为了获取强震记录中的重要信息和信息的特征,传统上一直沿用傅立叶变换方法。近20年来随着信息技术的发展,各种信号处理技术应运而生,并得到了蓬勃发展。这些技术主要有:小波变换(WAVELET TRANSFORM)、希尔伯特—黄变换(HILBERT—HUANG TRANSFORM,简称HHT)等等。本文拟对这三种信号处理方法,研究其特点,搞清其物理本质,探求其在强震记录处理和分析中应用的前景,以及对地震作用研究可能产生的影响。本文主要工作简述如下:1.系统阐述三种变换的理论体系及在信号处理中的物理意义。从物理意义上分别阐述傅立叶变换、小波变换、希尔伯特—黄变换内容,及其建立的基础,具有的基本特性。通过对变频信号的分析,初步得出三者在表现内容上的差别。同时分析其各自优点与不足。2.通过算例分析阐明各种变换应用范围及相互之间联系。从应用的角度列表给出三种变换各自适用的领域以及差别。同时针对地震动信号处理中需要的滤波内容进行了分析,给出小波滤波方面的示例及发展方向,指出HHT在这方面应用的不合理性;同时对变换之间基本量瞬时频率及傅立叶频率联系,给出在地震动数据方面定性分析;在运动方程解析解法方面的初步探讨;对比论述地震工程中三者应用的前景。3.通过对集集强震记录统计分析,讨论希尔伯特—黄等变换。针对台湾集集地震记录选用台湾场地标准的B类、C类、D类、E类场地,根据震中距远近采用希尔伯特—黄变换程序作分析,并和傅立叶变换作能量密度谱的比较,同时作希尔伯特—黄变换瞬时能量谱、时频谱的比较。得出希尔伯特—黄变换在地震数据分析中有优势的地方,讨论震中距、场地对地震动信号的影响,以肯定希尔伯特—黄变换在处理非稳态信号方面的变革的意义,同时指出其在处理地震动数据方面需要改进的工作。同时针对分析中产生的不同于傅立叶变换之处,进行分析。充分利用集集地震资料,对不同场地,不同震中距处的地震动特性进行分析和比较,研究其HHT特性。通过分析我们发现:●持时的变化对地震动傅立叶频谱的影响较小。●傅立叶分析与HHT分析在场地与近远场方面变化趋势基本相似,特别能量密度谱几乎相同。●傅立叶频谱在表现地震动信息方面远远不如HHT,HHT不足之处在于理论的完善性和标准程序的确定。●场地条件中,HHT的边际谱和能量密度谱能基本表现出与傅立叶相同的发展趋势,不同之处是卓越频率的差别。能量密度方面两者联系更强,趋势更加明显。表现场地对地震动削弱特性方面HHT能量密度谱体现了较好的变化趋势,且瞬时能量变化显示了地震动随场地变软主震段持时变长的信息。C类、D类场地频率集中在巧Hz以下。弱震段,硬场地高频成分较多且表现不规律,E类软弱场地集中在SHZ以下。相同场地,整个震段上,同纪录的竖向震动高频部分是高于水平向的。.针对震中距的影响,主要分析了C类、D类场地。发现瞬时能量谱主震段持时随震中距增大呈相对增大趋势,由线性加速度法得到的反应谱与傅立叶频谱卓越频率并不能对应。D类场地近场,瞬时能量谱表现为较多的峰值,当远场时,图形将变平滑。……   
[关键词]:傅立叶变换;小波变换;希尔伯特-黄变换(HHT);时频兼顾性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国地震局工程力学研究所2004年