摘 要

疲劳测试是工程上了解结构的长期可靠性的主要方法之一，通过测试中获得的数据可以较为直观的了解结构是否达到设计要求，以及获取结构性态特征。

HHT是国际上较新颖的数据信号处理方法，其具备的数据处理能力填补了传统数据处理方法傅立叶变换和小波分析的不足，将HHT方法应用于分析疲劳测试结果，能够更准确更清晰的描述结构损伤的情况。

利用HHT信号分解的方法来处理标准段长度的统计，将得到统计信息的频率和幅度。通过在不同阶段的标准段长度的频率和幅度的对比，可以判断的结构的正度。有了实际的经验，进一步建立了频率和幅度的积极范围，更多的指导可以应用到实际项目中去。

本文应用HHT方法分析了一组结构疲劳测试数据，应用固有模式函数频率(Fimf)和固有模式函数幅值(Aimf)的概念，给出测试中结构损伤检验的结果，并对现实使用中的结构健康监测给出指导建议。

关键字：疲劳测试、希尔伯特谱、HHT

Abstract

Fatigue test is one of the long term reliability engineering to understand the structure of the main method, obtained through the test data can be more intuitive understanding of the structure meets the design requirements, and obtain the characteristics of structural state.

Hilbert Huang transform (HHT) is the new data signal processing method, which includes data processing ability fill the traditional data processing method of Fourier transform and wavelet analysis of the problem, the HHT method is applied to the analysis of fatigue test results, to more accurate more clear description of the structural damage.

Using the method of HHT signal decomposition to deal with the statistics of the length of standard segment, the information about frequency and amplitude of the statistics will be obtained. Through the contrast of frequency and amplitude of the standard segment length at different stages, the positive degree of the structure can be judged. With practical experience to further set up the positive scope of frequency and amplitude, more guidance can be applied to real projects.

The HHT method is used in this paper to analysis a set of structural fatigue test data, (fimf) frequency of the application of intrinsic mode function and intrinsic mode function amplitude Aimf concept, gives the test result in structural damage inspection, and of practical use in structural health monitoring are given guidance to build debate.

Keywords:HHT, fatigue test,Hilbert spectrum

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 选题的背景和意义 1

1.2 材料疲劳概述及其研究方法 1

1.3 本文主要的研究内容和方法 2

第二章 预备知识 5

2.1 其他数据处理方法简介 5

2.2 HHT方法简介以及其优势 5

2.3 HHT方法具体内容 6

2.4 EMD方法简介 7

2.5 EMD分解中存在的问题 8

2.6 Hilbert变换 8

第三章 HHT方法在各个领域上的应用 11

3.1 HHT方法在脉搏波信号分析中的应用 11

3.2 HHT方法在流水线优化上的应用 11

3.3 HHT方法在往复式压缩机上的应用 11

第四章 新材料的拉伸测试数据实例分析 13

4.1 疲劳测试的原理 13

4.2 内置光纤光栅传感器的智能缆索 13

4.3 结论 19

第五章 总结 21

参考文献 23

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1850-1860，Wöhler先生用试验方法研究了车轴的断裂事故，提出了应力图，第一次将疲劳强度这一概念带入到世人的认知中。

1870-1890，盖博发现了材料的平均受力可能会被其构成的结构所影响，同一时间，另一个人也提出了一套完整的理论。

1920，格雷福斯将能量方法应用到有关材料强度上的研究，并得出一定结论，使得在20年之后，另一位学者爱瑞文逐步让断裂力学理论走进了我们的世界。

1945年，由麦尼提出了又一新的理论，是关于线性的损伤理论。

1960年，Manson-Coffin提出疲劳寿命与应力之间存在着某种联系。

1974年，美国军方已经开始采用一种新的疲劳损伤的设计方法。

（1）HHT可以对非线性不平稳的信号进行研究。（2）HHT处理信号的过程中自己可以和本身相适应。（3）测不准原则并不能影响HHT的使用。（4）HHT所需要计算的瞬时频率是经过求导才得到的。利用EMD对于非平稳、非线性过程数据的处理能力，使用Fimf和Aimf的概念，能够将疲劳试验中得到的数据进行非常有效的分析，可以将结构的健康程度用相对值dFimf和dAimf的大小来量化，根据实际经验，就可以定义健康程度界限，在实际结构健康监测中，帮助工程人员做出有价值的判断。

在现如今的社会中，关于材料的疲劳方面的研究一直不曾停止过，而且已经和各种学科相结合，比如损伤学和物理学等，已经逐步向各种宏观、微观领域发展，并取得一定的成果。

1.2 材料疲劳概述及其研究方法

1.2.1 材料疲劳概述

材料在承受着来自各处不同的源源不断的压力和应变的情况下，材料内部会逐渐积压损伤程度，在损伤程度达到一定的程度时，材料还有可能会发生断裂，这就是说，材料已经达到它的疲劳界限了。各种不同形状，不同构造的材料的疲劳极限都不一样，它们在工作的过程中，自身每个不同的点受到的应力也大不相同。在稳定的工作环境中，这种受力会随着时间而表现出一定的周期性。我们通常称它为交变应力。于是在交变应力的长期作用下，即使零件所受到的应力还不足以使材料发生断裂，正如水滴石穿原理一样，虽然每一滴水并不能对石头产生什么巨大的影响，但随着时间的推移，石头表面会逐渐地呈现出水滴对它的侵蚀，而材料也是一样，在经过较长一段时间的工作后，零件表面会产生一定的形状变化，甚至直接发生断裂，这就是说达到了材料的疲劳。