Page 22 - 《应用声学》2020年第3期

342 2020 年 5 月

由表2 知，本文利用HHT方法计算得结构固有 上述方法通过数值分析证明了其可行性和有
频率与理论值接近。按照相同步骤处理距离结构表 效性，并在有高斯白噪声干扰情况下也能得到较好
面 0.2 m、0.3 m 距离处声压信号，并利用公式 (18) 的测试效果。但在实际试验中，噪声信号往往复杂
计算出索力值，结果对比如表3所示。 多变，环境中的高频噪声以及高能噪声会对测试结
果造成很大的影响，使得声音信号产生混淆，导致对
表 3 不同位置声压信号所得频率与计算索力
声音信号分析处理后较难得到准确的频率值，进而
Table 3 Frequency and cable force of dif-
影响索力测试结果；另一方面，从测试结果可以看
ferent position sound pressure signal
出，声压信号能量较低，在实际试验过程中容易被其
他噪声信号覆盖淹没。针对以上测试过程可能遇到
测试距离 计算索力 索力理
工况编号 的问题，课题组开展相关研究，考虑如何对复杂环
0.1 m 0.2 m 0.3 m 均值/kN 论值/kN
境噪声剔除、数据与信号深度挖掘以增强有用信号，
I—f/Hz 9.03 9.02 9.02 20.08 20
改进及优化该方法的抗噪性和抗干扰性能，提高测
II—f/Hz 10.98 10.99 11.00 29.78 30
试信号信噪比及稳定性。
III—f/Hz 12.71 12.71 12.72 39.86 40
5 结论
对比分析表 3，结果表明，利用结构近场辐射声
压信号通过 HHT 方法能较为准确地识别出结构固 本文提出利用结构近场固定位置声压信号并
有频率，并且在0.3 m距离范围内保持较高精度。利 结合 Hilbert-Huang 变换对拉索进行索力测试的方
用结构固有频率并结合公式 (18) 推算出拉索索力 法。通过理论推导了结构加速度响应与结构近场辐
值也能达到较高精度，平均误差在 1% 以内。为验 射声压响应的线性关系，结合 HHT 推导出声压响
证本文方法的适用性，另外任取两点 A(x = 2.8 m, 应信号与结构频率关系，并利用索力计算实用公式
y = 0 m) 和 B(x = 3.0 m, y = 0 m) 垂直距离上 计算出拉索索力。对一根 5 m 长拉索进行有限元数
0.1 m、0.2 m、0.3 m处的结构辐射声压响应，并利用 值模拟，分别测试了在不同工况和不同测量位置下
本文所述方法分析得到相应频率值和拉索索力，结 该方法的有效性，结论如下：
果如表4所示。 (1) 本文利用结构近场辐射声压信号作为分析
信号，具有非接触的特点，避免了因加速度传感器自
表 4 A、B 点不同位置声压信号所得频率与计算索力 身重力对结构固有频率测试的影响，并在测试过程
Table 4 Frequency and cable force of sound 中能准确、快速、方便地获取拉索振动固有频率和
pressure signal at different positions of points
索力值。
A and B
(2) 结构振动所产生的声压信号在实际测量中
节点 测试距离 计算索力 索力理 具有非线性、非平稳的特点，结合 HHT 能有效处理
工况编号
编号 0.1 m 0.2 m 0.3 m 均值/kN 论值/kN 结构辐射声压信号，并准确获取结构固有频率，结合
I—f/Hz 9.03 9.04 9.04 20.14 20 拉索索力计算实用公式能准确计算索力值。在结构
A II—f/Hz 11.00 11.01 11.01 29.87 30 近场0.3 m范围内，不同工况、不同位置声压测量信
III—f/Hz 12.70 12.71 12.72 39.84 40 号处理得到的结果都具有较高的准确性。
I—f/Hz 9.03 9.02 9.04 20.11 20 (3) 本文仅通过数值模拟分析并验证了该方法
B II—f/Hz 10.99 11.01 11.02 29.87 30 在拉索索力识别的可行性与有效性。在后续试验及
III—f/Hz 12.71 12.72 12.73 39.90 40 实际应用过程中如何提高算法的抗噪性能，有效剔
除干扰信号及其适用性尚待进一步研究。
由表 4 计算结果可知，利用结构近场辐射声压
信号通过 HHT 方法在 0.3 m 范围能较为准确地识 参 考 文 献
别出结构固有频率，并结合索力计算实用公式能较
[1] 郭明渊, 陈志华, 刘红波, 等. 拉索索力测试技术与抗弯刚度
为准确地计算出拉索索力值。 研究进展 [J]. 空间结构, 2016, 22(3): 34–43.