This paper examined dynamic characteristics of high speed trains using a time varying frequency transform. Fourier transform based methods are frequently used for the calculation of the dynamic characteristics of trains in the frequency domain, but they cannot represent the time-varying characteristics. Therefore it is necessary to examine their characteristics using a time-varying frequency transform. For the examination, the non-stationary vibration of wheelset, bogie, and carbody are measured using accelerometers and stored in a data aquisition system. They are processed with localization of the data by modulating with a window function, and Fourier transform is taken to each localized data, called the short-time Fourier transform. From the processed results, time varying auto-spectral density, cross-spectral density, frequency response, and coherence functions have been calculated. From the analysis, it is confirmed that the time varying frequency transform is a useful method for analyzing the dynamic characteristics of high speed trains.
Yong Niu;Jinguo Wang;Yunjin Hu;Gang Wang;Bolong Liu
Geomechanics and Engineering
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제34권1호
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pp.1-15
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2023
This study conducts uniaxial compression tests on intact and single crack-contained rocks to investigate the time-frequency domain characteristics of acoustic emission (AE) signals monitored during the deformation failure process. A processing approach, short-time Fourier transform (STFT), is performed to obtain the evolution characteristics of time-frequency domain of AE signals. The AE signal modes at different deformation stages of rocks are different. Five modes of AE signal are observed during the cracking process of rocks. The evolution characteristics of time-frequency domain of AE signals processed by STFT can be utilized to evaluate the damage process of rocks. The difference of time-frequency domain characteristics between intact and cracked rocks is comparatively analyzed. The distribution characteristics of frequency changing from a single band-shaped cluster to multiple band-shaped clusters can be regarded as an early warning information of damage and failure of rocks. Meanwhile, the attenuation of frequency enables the exploration of rock failure trends.
Although time-frequency analysis is useful for dispersive wave analysis, conventional methods such as the short-time Fourier transform do not take the dispersion phenomenon into consideration in the tiling of the time-frequency domain. The objective of this paper is to develop an adaptive time-frequency analysis method whose time-frequency tiling is determined with the consideration of signal dispersion characteristics. To achieve the adaptive time-frequency tiling, each of time-frequency atoms is rotated in the time-frequency plane depending on the local wave dispersion. To carry out this adaptive time-frequency transform, dispersion characteristics hidden in a signal are first estimated by an iterative scheme. To examine the effectiveness of the present method, the flexural wave signals measured in a plate were analyzed.
Although time-frequency analysis is useful for dispersive wave analysis, conventional methods such as the short-time Fourier transform do not take the dispersion phenomenon into consideration in the tiling of the time-frequency domain. The objective of this paper is to develop an adaptive time-frequency analysis method whose time-frequency tiling is determined with the consideration of signal dispersion characteristics. To achieve the adaptive time-frequency tiling, each of time-frequency atoms is rotated in the time-frequency plane depending on the local wave dispersion. To carry out this adaptive time-frequency transform, dispersion characteristics hidden in a signal are first estimated by an iterative scheme. To examine the effectiveness of the proposed method, the flexural wave signals measured in a plate were analyzed.
Acoustic emission (AE) signals, emanated during local failure of aluminum alloys, have been the subject of numerous investigations. It is well known that the characteristics of AE are strongly influenced by the previous thermal and mechanical treatment of the sample. Possible sources of AE during deformation have been suggested as the avalanche motion of dislocations, fracture of brittle particles, and debonding of these particles from the alloy matrix. The goal of the present study is to determine if AE occurring as the result of fatigue crack propagation could be evaluated by the joint time-frequency analysis method, short time Fourier transform (STFT), and Wigner-Ville distribution (WVD). The time-frequency analysis methods can be used to analyze non-stationary AE more effectively than conventional techniques. STFT is more effective than WVD in analyzing AE signals. Noise and frequency characteristics of crack openings and closures could be separated using STFT. The influence of various fatigue parameters on the frequency characteristics of AE signals was investigated.
Fourier transform has been one of the most common tools to study the frequency characteristics of signals. With the Fourier transform alone, it is difficult to tell whether signal's frequency contents evolve in time or not. Except for a few special cases, the frequency contents of most signals encountered in the real world change with time. Time-frequency methods are developed recently to overcome the drawbacks of Fourier transform, which can represent the information of signals in time and frequency at the same time. In this study, heat damage process of a carbon fiber reinforced plastic(CFRP) and glass fiber reinforced plastic(GFRP) under monotonic tensile loading was characterized by acoustic emission. Different kinds of specimens were used to determine the characteristics of Strength and AE signals. Time-frequency analysis methods were employed for the analysis of fracture mechanism in CFRP such as matrix cracking, debonding and fiber fracture.
Broadband echoes measured in live chub mackerel Scomber japonicus, goldeye rockfish Sebastes thompsoni, and fat greenling Hexagrammos otakii with different morphologies and internal characteristics were analyzed in time and frequency domains to understand the species-specific echo feature characteristics for classifying fish species. The mean echo image for each time-frequency representation dataset obtained as a function of orientation angle was extracted to mitigate the effect of fish orientation on acoustic scattering. The joint time-frequency content of the broadband echo signals was obtained using the smoothed pseudo-Wigner-Ville distribution (SPWVD). The SPWVDs were analyzed for each echo signature of the three fish species. The results show that the time-frequency analysis provided species-specific echo structure patterns and metrics of the broadband acoustic signals to facilitate fish species classification.
On the assumption that the voices of the cows are produced by the linear prediction filter, we characterized the cows’voices. The order of this filter was determined by examining the voice characteristics both in time and frequency domains. The proposed order of the linear prediction filter is 15 for modeling voice production of the cow. The characteristics of the amplitude envelope of the voice signal was investigated by analyzing the sequence of the short time variance both in time and frequency domains, and the new parameters were defined. One of the coefficients o the linear prediction filter generating the voice signal, the fundamental frequency, the slope of the straight line regressed from the log-log spectra of the short time variance and the coefficients of the linear prediction filter generating the sequence of the short time variance of the voice signal can differentiate the two cows.
지금까지 퓨리에 변환이 신호처리법으로 가장 널리 사용되고 있다. 그러나, 이 방법은 신호의 주파수성분이 시간에 대하여 어떻게 변화하는지를 표현하지 못한다. 따라서, 최근 이와 같이 비정상신호를 표현하지 못하는 퓨리에 변환의 단점을 보완하여, 신호의 시간과 주파수에 대한 정보를 동시에 표현할 수 있는 시간-주파수 해석법들이 개발되기 시작하였다. 본 연구에서는 인공열화된 SUS 316강의 초음파신호를 시간-주파수 해석법으로 분석하였다. 특히, 단시간 퓨리에 변화법과 위그너 빌 분포법을 이용하여 초음파 신호의 주파수 성분과 특성을 분석하였다.
Conventional Fourier analysis can give only limited information about the dynamic characteristics of nonstationary signals. Instead, time-frequency analysis is widely used to investigate the nonstationary signal in detail. Several time-frequency analysis methods are compared for a typical acoustic emission burst generated during the impact between a ferrite ceramic and aluminum plate. This AE burst is inherently nonstationary and random containing many frequency contents, which leads to severe interference between cross terms in bilinear convolution type distributions. The smoothing and reassignment processes can improve the readability and resolution of the results. Spectrogram and scalogram of the AE burst are obtained and compared to get the characteristics information. Renyi entropies are computed for various bilinear time-frequency transforms to evaluate the randomness. These bilinear transforms are reassigned by using the improved algorithm in discrete computation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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