PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Hilbert-Twin – A Novel Hilbert Transform-Based Method To Compute Envelope Of Free Decaying Oscillations Embedded In Noise, And The Logarithmic Decrement In High-Resolution Mechanical Spectroscopy HRMS

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Hilbert-twin - nowa metoda obliczeń obwiedni drgań swobodnie tłumionych zawierających szum i logarytmicznego dekrementu tłumienia w wysokorozdzielczej spektroskopii mechanicznej HRMS
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
In this work, we present a novel Hilbert-twin method to compute an envelope and the logarithmic decrement, δ, from exponentially damped time-invariant harmonic strain signals embedded in noise. The results obtained from five computing methods: (1) the parametric OMI (Optimization in Multiple Intervals) method, two interpolated discrete Fourier transform-based (IpDFT) methods: (2) the Yoshida-Magalas (YM) method and (3) the classic Yoshida (Y) method, (4) the novel Hilbert-twin (H-twin) method based on the Hilbert transform, and (5) the conventional Hilbert transform (HT) method are analyzed and compared. The fundamental feature of the Hilbert-twin method is the efficient elimination of intrinsic asymmetrical oscillations of the envelope, aHT (t), obtained from the discrete Hilbert transform of analyzed signals. Excellent performance in estimation of the logarithmic decrement from the Hilbert-twin method is comparable to that of the OMI and YM for the low- and high-damping levels. The Hilbert-twin method proved to be robust and effective in computing the logarithmic decrement and the resonant frequency of exponentially damped free decaying signals embedded in experimental noise. The Hilbert-twin method is also appropriate to detect nonlinearities in mechanical loss measurements of metals and alloys.
PL
W pracy przedstawiono nową metodę Hilbert-twin, opartą na dyskretnej transformacie Hilberta, do obliczeń obwiedni wykładniczo tłumionych sygnałów odkształceń sprężystych zawierających w sobie szum oraz do estymacji logarytmicznego dekrementu tłumienia. Przeanalizowano i porównano wyniki obliczeń uzyskane z pięciu różnych metod: (1) metoda parametryczna OMI (Optimization in Multiple Intervals), dwie metody bazujące na interpolowanej dyskretnej transformacie Fouriera (IpDFT): (2) metoda Yoshida-Magalas (YM) i (3) klasyczna metoda Yoshidy (Y), (4) nowa metoda Hilbert-twin (H-twin), którą po raz pierwszy przedstawiono w niniejszej pracy oraz (5) klasyczna metoda obliczeń obwiedni z transformaty Hilberta (HT). Zaletą i fundamentalną cechą charakterystyczną metody H-twin jest skuteczne usunięcie typowych dla dyskretnej transformaty Hilberta asymetrycznych oscylacji obwiedni. Z tego właśnie względu metoda H-twin zapewnia bardzo dobrą estymację logarytmicznego dekrementu tłumienia, która jest porównywalna z metodami OMI i YM zarówno dla niskich, jak i wysokich poziomów tłumienia. Metoda H-twin jest niewrażliwa na szum i jest wyjątkowo skuteczna w precyzyjnym wyznaczaniu logarytmicznego dekrementu tłumienia oraz częstotliwości rezonansowej wykładniczo tłumionych drgań swobodnie tłumionych zawierających szum eksperymentalny. Metoda H-twin może również służyć do detekcji i analizy efektów nieliniowych występujących w trakcie pomiarów rozpraszania energii mechanicznej w metalach i stopach metali badanych metodą spektroskopii mechanicznej.
Twórcy
  • AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland
autor
  • AGH University of Science and Technology, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland
Bibliografia
  • [1] K.L. Ngai, Y.N. Wang, L.B. Magalas, Theoretical basis and general applicability of the coupling model to relaxations in coupled systems, J. Alloy Compd. 211/212, 327-332 (1994).
  • [2] L.B. Magalas, Snoek-Köster relaxation. New insights – New paradigms, J. Phys. IV 6, 163-172 (1996).
  • [3] M.S. Blanter, L.B. Magalas, Strain-induced interaction of dissolved atoms and mechanical relaxation in solid solutions. A review, Sol. St. Phen. 89, 115-139 (2003).
  • [4] A.S. Nowick, B.S. Berry, Anelastic Relaxation in Crystalline Solids, Academic Press, 1972.
  • [5] L.B. Magalas, Mechanical spectroscopy – Fundamentals, Sol. St. Phen. 89, 1-22 (2003).
  • [6] J.S. Bendat, A.G. Piersol, Analysis and Measurement Procedures, Wiley-Interscience, 1986.
  • [7] A.D. Poularikas (ed.), The Transforms and Applications. Handbook, CRC Press Inc., 1996.
  • [8] L.B. Magalas, Determination of the logarithmic decrement in mechanical spectroscopy, Sol. St. Phen. 115, 7-14 (2006).
  • [9] L.B. Magalas, A. Stanisławczyk, Advanced techniques for determining high and extreme high damping: OMI – A new algorithm to compute the logarithmic decrement, Key Eng. Materials 319, 231-240 (2006).
  • [10] L.B. Magalas, M. Majewski, Ghost internal friction peaks, ghost asymmetrical peak broadening and narrowing. Misunderstandings, consequences and solution, Mater. Sci. Eng. A 521-522, 384-388 (2009).
  • [11] L.B. Magalas, M. Majewski, Recent advances in determination of the logarithmic decrement and the resonant frequency in low-frequency mechanical spectroscopy, Sol. St. Phen. 137, 15-20 (2008).
  • [12] L.B. Magalas, M. Majewski, Toward high-resolution mechanical spectroscopy HRMS. Logarithmic decrement, Sol. St. Phen. 184, 467-472 (2012).
  • [13] M. Majewski, A. Piłat, L.B. Magalas, Advances in computational high-resolution mechanical spectroscopy HRMS. Part 1 – Logarithmic decrement, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 31, 012018 (2012).
  • [14] M. Majewski, L.B. Magalas, Critical assessment of the issues in the application of Hilbert transform to compute the logarithmic decrement, Arch. Metall. Mater. 60, 1103 (2015).
  • [15] C.A. Von Urff, F.I. Zonis, The square-law single-sideband system, IRE Trans. on Communications Systems 10, 257-267 (1962).
  • [16] C.B. Smith, N.M. Wereley, Composite rotorcraft flexbeams with viscoelastic damping layers for aeromechanical stability augmentation, in M3DIII: Mechanics and Mechanisms of Material Damping, American Society of Testing and Materials, ASTM STP 1304, A. Wolfenden and V.K. Kinra, Eds., American Society for Testing and Materials, 62-77 (1997).
  • [17] D.S. Laila, M. Larsson, B.C. Pal, P. Korba, Nonlinear damping computation and envelope detection using Hilbert transform and its application to power systems wide area monitoring, Power and Energy Society General Meeting, 2009. PES ’09. IEEE (2009).
  • [18] X.J. Shi, X.J. Zhao, G.H. Xiao, Boxed milk metamorphism detecting method based on wavelet and Hilbert transform, 2009 IEEE International Conference on Automation and Logistics (ICAL 2009), August 05-07, 2009, Shenyang, China. New York: IEEE, 1-3, 1454-1458 (2009).
  • [19] I. Yoshida, T. Sugai, S. Tani, M. Motegi, K. Minamida, H. Hayakawa, Automation of internal friction measurement apparatus of inverted torsion pendulum type, J. Phys. E: Sci. Instrum. 14, 1201-1206 (1981).
  • [20] M. Feldman, Non-linear system vibration analysis using Hilbert transform – I. Free vibration analysis method ‘FREEVIB’, Mechanical Systems and Signal Processing 8, 119-127 (1994).
  • [21] M. Feldman, Non-linear system vibration analysis using Hilbert transform – II. Forced vibration analysis method ‘FREEVIB’, Mechanical Systems and Signal Processing 8, 309-318 (1994).
  • [22] M. Feldman, Non-linear free vibration identification via the Hilbert transform, Journal of Sound and Vibration 208, 475-489 (1997).
  • [23] M. Feldman, Considering high harmonics for identification of non-linear systems by Hilbert transform, Mechanical Systems and Signal Processing 21, 943-958 (2007).
  • [24] Ž. Nakutis, P. Kaškonas, Bridge vibration logarithmic decrement estimation at the presence of amplitude beat, Measurement 44, 487-492 (2011).
  • [25] E. Bonetti, E.G. Campari, L. Pasquini, L. Savini, Automated resonant mechanical analyzer, Rev. Sci. Instrum. 72, 2148-2152 (2001).
  • [26] S. Amadori, E.G. Campari, A.L. Fiorini, R. Montanari, L. Pasquini, L. Savini, E. Bonetti, Automated resonant vibrating-reed analyzer apparatus for a non-destructive characterization of materials for industrial applications, Mater. Sci. Eng. A 442, 543-546 (2006).
  • [27] X. Zhu, J. Shui, J.S. Williams, Precise linear internal friction expression for a freely decaying vibrational system, Rev. Sci. Instrum. 68, 3116-3119 (1997).
  • [28] L.B. Magalas, M. Majewski, Free Decay Master Software Package, 2014.
Uwagi
EN
This work was supported by the National Science Centre (NCN) in Poland under grant No. N N507 249040.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-84f4af26-ddd4-4ac9-aa52-b4fb213a91af
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.