一种基于爆破振动信号小波分析的爆破危害评判新方法

基于Matlab小波分析软件,利用小波包良好的时频局部化性质对现场监测的爆破振动信号进行能量分析,得到爆破振动信号不同频带上的能量分布。根据爆破振动信号在传播过程中能量的变化规律及爆破振动信号的频带能量分布与爆破振动影响的密切关系,据爆破振动信号主振频率所在频域能量和受控结构自振频率所在频域能量,提出一种新的基于爆破振动信号小波分析的爆破危害评判方法。将计算实测点的爆破危害评定参数α与在该点观测到的建筑物的α进行对比。研究结果表明:当α0.235时,建筑物受损;随着α增大,建筑物受损情况加剧。     

基于EEMD能量熵和支持向量机的齿轮故障诊断方法

针对齿轮振动信号的非平稳特征和现实中难以获得大量典型故障样本的实际情况,提出基于总体平均经验模态分解(EEMD)和支持向量机的齿轮故障诊断方法.通过EEMD方法将非平稳的原始加速度振动信号分解成若干个平稳的本征模函数(IMF);齿轮发生不同的故障时,在不同频带内的信号能量值会发生改变,故可通过计算不同振动信号的EEMD能量熵判断是否发生故障;从包含有主要故障信息的IMF分量中提取出来的能量特征作为输入建立支持向量机,判断齿轮的工作状态和故障类型.实验结果表明:文中提出的方法能有效地应用于齿轮的故障诊断.     

深埋隧洞爆破开挖围岩振动能量分布特征与预测

深埋隧洞爆破开挖引起的开挖面上地应力快速释放是诱发围岩振动的重要因素,为掌握深埋隧洞爆破开挖爆破荷载与地应力快速释放共同扰动下的围岩振动特性,针对锦屏地下实验室上层中导洞爆破开挖现场围岩振动监测,采用变分模态分解(VMD)方法对爆破荷载产生的围岩振动和地应力快速释放诱发的围岩振动进行了分离,利用小波包分解方法研究了爆破振动和诱发振动的能量分布特征及其影响因素,构建了深埋隧洞爆破开挖爆破荷载与地应力快速释放共同作用激发围岩振动的预测模型。研究结果表明：爆破荷载产生振动的能量主要分布在200～300 Hz频带范围内,地应力快速释放诱发振动的能量主要分布在0～150 Hz频带范围内,诱发振动的频率明显低于爆破振动的频率;随着传播距离的增加,爆破振动和诱发振动低频范围内的能量占比均显著增加;装药量对爆破振动能量分布具有显著的影响,随着装药量的增加,爆破振动低频能量的占比增加;诱发振动的能量分布不受装药量和开挖面上地应力水平的影响,只与地应力释放持续时间和开挖面的大小有关;构建的以单响药量、单孔药量、炮孔个数、炮孔间距、爆心距、开挖面法向地应力、地应力释放持续时间为输入参数的基于遗传算法优化的神...     

基于改进的集合经验模态分解的爆破振动信号趋势项消除方法

针对实测爆破振动信号中存在的趋势项干扰问题,基于改进的集合经验模态分解,提出一种趋势项消除方法,并进行了模拟信号的仿真计算和爆破振动信号的实例分析.信号仿真计算结果显示:对于持续振动信号,该方法的趋势项提取结果与已有的基于经验模态分解或集合经验模态分解的趋势项消除方法较为接近;但当测试信号呈间歇振动时,该方法对趋势项的提取更为充分,体现了其对分段爆破振动信号中趋势项消除的优越性和适用性.同时,爆破振动速度信号的实例分析验证了该方法在实际应用过程中的可靠性.      

P波作用下机场跑道的爆破安全振动速度研究

结合湖北省首例下穿机场跑道隧道钻爆法开挖工程背景,基于理论解析、数值模拟与现场监测相结合的研究方法,分析了下穿隧道爆破产生的入射P波对混凝土跑道的作用机理,研究了机场跑道的隧道爆破振动安全判据.结果表明:下穿跑道隧道爆破振动作用下,岩石与混凝土跑道交界面以拉伸破坏为主;随着入射P波入射角的增大,机场跑道的爆破安全振动速度呈现先增大后减小的趋势,其最小值出现在入射角为零时(即垂直入射的情况),表明爆破地震波垂直入射时机场跑道最容易发生破坏;基于机场跑道的重要性,选取1.7为重要性修正系数,依据爆破地震波以不同角度入射时确定的爆破安全振动速度,得到修正后的爆破安全振动速度在3.67~7.91 cm/s之间;与数值模拟和回归分析结果相比,由于应力波理论分析忽略了材料塑性变形的影响,其计算分析得到的爆破安全振动速度更小,具有更高的安全储备.     

煤矿深孔爆破地震波传播规律与能量分析

通过现场爆破振动监测,获得了煤矿综采面硬岩段深孔松动爆破地震波的衰减规律;采用sym5小波基对典型振动信号进行分解,研究爆破地震波的能量分布特征。结果表明:深孔松动爆破振动的持续时间为150 ms左右,振动速度三方向分量中径向分量最大;主振频率分布在40~60 Hz,能量主要集中在30~65 Hz的频带范围,存在强烈爆破振动造成岩石崩落对管线设备造成危害的可能。根据衰减规律,得到深孔爆破的单段最大允许药量,提出施工时控制单段最大药量和加强爆破炮孔周围防护,保证了施工安全。     

隧道爆破振动对地表建筑的影响—以京张高铁怀来段某隧道为例

爆破振动会影响附近居民的正常生活,甚至引起周边建筑物的破坏。一直以来,振动评判标准及安全控制技术备受施工单位关注。本文以某铁路隧道工程爆破振动监测项目为依托,通过现场振动测试,获得了多组隧道爆破时的地表振动强度数据（加速度和速度）;分析了爆破振速傅里叶幅值谱,得到现场地质条件下的振速主频的取值范围为18~25Hz;对比了使用不同雷管实施爆破下的地表振动强度,认为采用数码电子雷管起爆可有效减小振动效应,保证周边建筑不致损伤。最后,对现行爆破振动安全评价标准展开进一步探讨。研究结果可为隧道爆破振动安全控制和房屋损伤评估提供参考。     

基于EEMD与模糊信息熵的旋转机械故障诊断方法

针对旋转机械故障识别率偏低的问题,提出一种基于EEMD与模糊信息熵的旋转机械故障诊断方法.该方法结合EEMD分解和模糊信息熵在特征提取方面的优势,构造出一种能够精细度量不同类别振动信号故障概率复杂度的特征集合.首先将原振动信号进行EEMD分解,获得若干个本征模态函数(IMFs);计算出前5个高频IMF分量的模糊信息熵组成高维特征集;利用LPP对高维特征集进行维数约简剔除冗余不相关特征;最后将约简后的样本集输入到KNN分类器中进行故障识别.用双跨转子实验台采集的数据对所述方法进行验证,并与EMD模糊熵、EMD模糊信息熵、EEMD模糊熵方法进行故障识别率对比,结果表明该方法能够有效提取转子振动信号的故障特征,并且具有更高的故障识别率.     

铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据

根据应力波理论,依照极限拉应力准则、极限剪应力准则及莫尔判据,对爆炸应力波体波对隧道衬砌结构的影响进行研究,确定基于隧道衬砌结构安全的爆破振动速度判据模型。结合紧邻隧道上方的土石方开挖爆破工程实际,对爆破振动速度判据进行求解。研究结果表明:爆破应力波体波对隧道混凝土衬砌结构破坏效应中P波占主导地位,爆破振动作用下隧道结构首先产生拉伸破坏,隧道衬砌爆破振动速度安全判据为14.51 cm/s。研究结果与爆破安全规程一致,为隧道结构安全标准的确定提供了科学依据。     

基于EEMD的柴油机缸套磨损故障诊断

针对柴油机缸套磨损故障诊断问题,在实车上测试了柴油机机体振动信号,应用经验模态分解(EMD)对不同磨损状态下的柴油机机体振动信号进行了分析,然而,EMD存在的模态混叠问题使其难以获得准确的基本模式分量(IMF).为此引入基于总体经验模态分解(EEMD)的改进的局域波分析方法,利用EEMD获取无模式混淆的IMF,通过Hilbert边际谱分析信号能量随瞬时频率的变化特征.工程实测分析结果验证了应用该方法进行柴油机缸套磨损故障诊断的有效性.     

模型试验单孔爆破振动信号时频分析

以地下工程常见的直墙半圆拱形硐室为原型,借助胶结砂相似材料开展单孔爆破相似模型试验,并监测爆破过程中相似模型试件顶面的爆破振动信号,随后采用HHT法对3个方向爆破振动信号的时频特征进行分析。爆破振动监测表明,在3个方向爆破振动信号中,竖向爆破振动峰值最大,水平径向次之,水平切向最小。3个方向爆破振动信号IMF分量能量分布表明,爆破振动信号优势能量集中分布于主振频率所在的几个IMF分量。HHT分析表明,3个方向爆破振动信号集中分布在0.03~0.07 s时域内;爆破振动信号频域成分丰富,但其在频域内分布不均匀;对于水平径向,爆破振动信号集中分布在111~312 Hz频域内;水平切向集中分布在171~323 Hz频域内;竖向则集中分布在128~209 Hz频域内。     

隧道掏槽爆破振动信号两种分析方法

通过设计两次起爆的起爆网路,控制掏槽眼引起的振动速度,有效地减少了振动对周边构建物的影响。对掏槽爆破时振动信号进行了FFT分析、小波包分析,结果发现:单向爆破振动速度控制在2.1 cm/s以内,振动频率集中于50~100 Hz。傅里叶分析法(FFT法)与小波包分析法在处理振动信号主频的结果相差不大,速度的FFT图谱与爆破振动信号能量-频谱图相似。可用FFT法快速粗略地计算振动信号的主频与估计能量分配比例。但FFT法计算精度没有小波包分析法高,在精度要求高的情况下仍需使用小波包分析法进行信号分析。     

精确微差爆破震动能量分布特征分析

数码电子雷管能够实现更为精确的微差爆破。为了掌握精确微差爆破的震动能量分布特征和减震机理,采用小波包分析方法对浅埋隧道的大量爆破震动实测数据进行了能量分析。结果表明：普通毫秒雷管爆破震动信号的能量主要分布在中低频带;数码电子雷管爆破震动信号的能量分布在更宽的频带;普通毫秒雷管爆破和数码电子雷管爆破震动信号的主震频带还可以分为若干个分震频带,表现为在若干个特定频率上有较突出的能量集聚;随着雷管段数增加和微差时间的减小,数码电子雷管爆破震动信号的能量频带分布加宽,高频成份的能量增加,爆破震动信号的分震频带数目增加,分震频带有往高频发展的趋势。精确微差爆破能够实现更好的减震效果。     

隧道爆破作用下邻近输油管道安全距离

为了避免隧道爆破施工时邻近地表及地下输油管道受到爆破振动造成的不良影响,需确保爆破施工工作面与输油管道保持一定安全距离。基于青岛胶州湾第二海底隧道黄岛端斜井工程,通过对斜井一期工程隧道爆破施工引起的地表振动进行监测,研究了工作面前方地表振速的衰减规律,并采用Hilbert-Huang变换及小波包分析了爆破振动频域特征。结果表明：在距工作面0～40 m的高振速区范围内,振速呈现震荡变化,峰值合振速出现在距工作面一定距离的地表区域,而在高振速区之外部分呈指数衰减趋势;爆破振动的频域分布主要集中在0～200 Hz的低频区域,50 Hz左右为其最集中区域,瞬时能量峰值出现在0～1 s内,其中在0～25 Hz范围内能量占比最高为13.41%,与输油管道自振频率范围存在部分重叠。同时,引入萨道夫斯基修正公式并拟合出适用于本工程条件下的振速预测公式模型,从法律规范、工程实践及抗震能力3个方面考虑提出输油管道安全振速为1 cm/s,计算得到50 m范围内最大单段齐爆药量和安全距离之间的关系,为后续斜井二期工程下穿输油管道区域时的爆破方案优化提供参考。     

爆炸荷载下结构响应的EMD分析

通过经验模态分解法(EMD)将信号分解为固有模态函数(IMF),结果表明震动信号是由不同频率的具有实际物理意义的固有模态函数分量组成.同时建立了爆炸荷载下的单自由度体系结构动态响应模型,并运用实例分析了结构在爆破震动下的动力放大效应.分析表明不同的IMF分量对结构的影响各不相同,两者频率越接近,其共振作用就越明显.结构对荷载的响应主要取决于不同幅值、不同频率的各IMF分量的共同作用.图5,表1,参11.     

隧道爆破振动与机车振动信号时频特征差异化分析

采用频率切片小波变换对复线新建隧道爆破振动与既有隧道机车振动信号进行了分析。在获取两种信号波形和频谱曲线的基础上,利用FSWT对两种信号进行了时频分析。然后根据其逆变换能切割任意频率区间的特点,对两种信号进行子频带划分并得到重构信号;并对两类信号不同的能量分布特性进行了对比研究。研究结果表明:爆破振动信号和机车振动信号的能量主要都分布于200 Hz区域内;在0~100 Hz范围内,机车振动信号所占能量相对较大;100 Hz以上频率区域,爆破振动信号所占能量比例更大。爆破振动信号相对于机车振动信号而言,属于更加高宽频的非平稳随机振动。     

基于CEEMD的爆破振动信号自适应去噪

针对爆破振动信号短时、突变的特点,提出了基于CEEMD的爆破振动信号自适应降噪方法。为解决信噪分量分界点的判定问题,该方法提出依据CEEMD分解得到的噪声分量和有用信号分量自相关函数的波峰宽度特性自适应地判定信噪分量的分界点的方法。对IMF分量消噪阈值函数进行了改进,新阈值函数具有连续和高阶可导性。实验分析表明:采用新阈值函数的CEEMD自适应去噪方法能够有效地去除实测爆破振动信号中夹杂的噪声,并且很好地保留了爆破振动信号的突变细节,去噪效果良好。     

隧道衬砌混凝土爆破振动能量传播规律试验

针对隧道衬砌混凝土频繁爆破振动危害累积效应,设计混凝土频繁爆破振动试验,对测得的爆破振动信号进行总能量和频带能量计算与分析。试验结果表明:①爆破振动信号能量分布范围较广;但绝大部分能量集中在0～205. 08 Hz;且多以9. 77～58. 59 Hz频带能量较大;②总能量随距离的增大而减小,在近区衰减迅速,中远区较近区衰减缓慢;而能量随着距离的增大向低频带集中,且距离越大越明显;③总能量随爆破次数增加呈降低趋势,其中近区测点的总能量在大值范围内下降;而中远区衰减较为平缓。能量集中频带随爆破次数增加总体向中低频段发展;且近区测点在低频段能量所占比例有所增加。     

爆破拆除高大建筑物产生的震动危害与减震方法

论述了爆破拆除城市高大建筑物时产生的震动危害及我国目前预测爆破震动对建筑物破坏的安全判据，根据研究资料和几个典型的A级定向爆破工程地震动实测结果，总结了爆破拆除城市高大建筑物时地震动的特点：即高大建筑物倒塌触地产生的震动振速高、频率低、作用时间长，其危害大于爆破震动；爆破震动与天然地震的作用特点不同，不能按天然地震的烈度概念来分析处理。并探讨了减小单响爆震、分散释放爆炸能量、分段折叠倒塌、铺垫缓冲层、截波防震等减震方法的减震原理和具体方法。     

基于HHT的远区爆破振动信号能量演化及分布规律

本文基于HHT分析法,对远区爆破振动信号进行时频分析,研究信号中能量随爆源距增加的演化及分布规律。结果表明：爆破振动总能量及峰值能量随着爆源距的增加衰减较快;低频段能量在传播过程中会随爆源距增加有增大的趋势,而中高频能量则是随着爆源距的增加有减小的趋势,同时,爆源距对远区爆破振动的频率段构成也会造成影响,即频率左右限均有减小的趋势,但频带宽度总体保持不变。考虑爆破振动信号所携带的能量信息在爆破振动设计方案的优化中同样具有重大的工程意义。