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基于改进小波阈值-EMD算法的高拱坝结构振动响应分析

魏博文 钟紫蒙

魏博文, 钟紫蒙. 基于改进小波阈值-EMD算法的高拱坝结构振动响应分析[J]. 水利水运工程学报, 2019, (4): 83-91. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.012
引用本文: 魏博文, 钟紫蒙. 基于改进小波阈值-EMD算法的高拱坝结构振动响应分析[J]. 水利水运工程学报, 2019, (4): 83-91. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.012
WEI Bowen, ZHONG Zimeng. Flow-induced vibration response analysis of high arch dam discharge structure based on improved wavelet threshold-EMD algorithm[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (4): 83-91. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.012
Citation: WEI Bowen, ZHONG Zimeng. Flow-induced vibration response analysis of high arch dam discharge structure based on improved wavelet threshold-EMD algorithm[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (4): 83-91. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.012

基于改进小波阈值-EMD算法的高拱坝结构振动响应分析

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.012
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51869011

国家重点实验室开放基金资助项目 2017491511

国家自然科学基金资助项目 51669013

国家自然科学基金资助项目 51779115

详细信息
    作者简介:

    魏博文(1981—),男,江西彭泽人,副教授,主要从事大坝安全监控领域的研究。E-mail:bwwei@ncu.edu.cn

  • 中图分类号: TV37; TV31

Flow-induced vibration response analysis of high arch dam discharge structure based on improved wavelet threshold-EMD algorithm

  • 摘要: 基于高拱坝泄流结构实测振动响应数据资料,针对泄流激励作用下不可避免混有各种噪声进而影响结构工作模态识别精度的问题,提出了一种基于改进的小波阈值-经验模态分解(EMD)联合算法的滤波降噪方法。以拱坝泄流结构实测振动响应资料为基础,利用改进的小波阈值算法滤除大部分高频白噪声,降低EMD分解的边界积累效应,进行EMD分解,通过去趋势波动分析(DFA)方法进一步滤除白噪声及低频水流噪声。工程实例分析结果表明,与小波分析、EMD方法相比,该方法具有更好的降噪效果,能精确滤除泄流结构实测振动响应信号中的低频水流噪声及白噪声,最大程度地保留信号中有效特征信息,并且为拱坝泄流结构在噪声干扰下提取有效信息提供了捷径,为坝体结构的安全监控打下了基础。
  • 图  1  拱坝原型泄洪振动测点布置

    Figure  1.  Layout of vibration measuring poins for flood discharge of prototype arch dam

    图  2  原始信号时程及其归一化频率谱曲线(部分)

    Figure  2.  Time history of original signal and its normalized frequency spectrum curves (part)

    图  3  B2测点降噪后时程及其归一化功率谱曲线

    Figure  3.  Time history and normalized power spectrum curves after noise reduction of B2 measuring point

    图  4  B4测点降噪后时程及其归一化功率谱曲线

    Figure  4.  Time history and normalized power spectrum curves after noise reduction of B4 measuring point

    图  5  B6测点降噪后时程及其归一化功率谱曲线

    Figure  5.  Time history and normalized power spectrum curves after noise reduction of B6 measuring point

    图  6  3种方法降噪效果对比

    Figure  6.  Comparison of three methods for noise reduction effects

    表  1  拱坝原型泄洪振动测试工况

    Table  1.   Test working conditions of flood releasing-induced vibration of prototype arch dam

    工况 开孔 相对开度 上游水位/m 下游水位/m
    1 3, 4#中孔 100% 1 195.79 1 016.20
    2 3, 4#中孔与1#泄洪洞 100% 1 195.91 1 016.26
    3 3, 4#表孔与1#泄洪洞 表孔100%,泄洪洞60.6% 1 196.01 1 014.50
    4 2, 3, 4, 5#表孔与1#泄洪洞 表孔100%,泄洪洞60.6% 1 196.01 1 014.71
    5 2, 3, 4, 5, 6#表孔与1#泄洪洞 表孔100%,泄洪洞60.6% 1 195.99 1 016.03
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    表  2  IMF分量的DFA指数

    Table  2.   DFA index of each IMF component

    IMF分量 DFA指数
    Imf.1 0.488 2
    Imf.2 0.497 8
    Imf.3 0.531 8
    Imf.4 0.656 6
    Imf.5 0.818 8
    Imf.6 0.824 9
    Imf.7 0.934 8
    Imf.8 0.970 7
    Imf.9 0.984 5
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-29
  • 刊出日期:  2019-08-01

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