改进的二维滤波技术在浅层地声探测中的应用

利用声波反射原理探测地下浅层物体是一种较为有效的探测方法。经过多年的探索，我们已形成了以爆炸和锤击等有较高分辨率的瞬态信号作为声源，采用传感器直线阵接收，后续结合阵列信号处理技术完成目标信号的提取和成像处理的探测方案。该声探测系统在实测中，地表直达波对物体反射波的强干扰是限制探测灵敏度的主要原因之一。因此，抑制强干扰，提取有效信号，是实现目标正确探测和定位的先决条件。由于探测深度较浅，反射波和直达波混迭在一起，在频率域或时间域很难将强干扰和信号分开。于是就提出了利用直达波和反射波视速度的差异对频…     

改进粒子滤波在海底地声参数反演中的应用

海底地声参数作为海洋声信道的重要组成部分,很大程度上决定了海洋声传播特性。地声参数可以通过反演算法获得,与距离相关的地声反演问题近年来是研究的热点。粒子滤波是一种高效的序贯寻优算法,可以在海底声学特性随距离缓慢变化情形下,有效解决地声参数的估计问题。但当海底声学特性随距离变化剧烈,如沉积层分层情况发生改变时,传统的粒子滤波则可能失效。为解决此问题,有文献使用了带桥接重采样的粒子滤波反演地声参数。文章在此基础上进一步改进了粒子的采样方式,并将此方法应用到基于海底反射系数的反演中。通过仿真数据处理结果证明,文中提出的改进粒子滤波在地声参数随距离变化剧烈的情况下仍具有较好性能,可以准确地估计海底特性随距离的变化规律和海底沉积层的声学参数。     

声-超声检测信号的消噪处理

声-超声检测信号中存在的大量系统和环境噪声,严重影响回波信号的读取。采用平均滤波和小波包变换的方法进行消噪。利用二阶Daubechies小波函数建立一小波包消噪模型,对信号进行分解重构。经过处理后,消噪效果比较明显,能更加完整地保留有用信息。     

基于正则化稀疏滤波的轴承声信号故障诊断方法

基于声信号的故障诊断由于其所具有的非接触、易安装等优点开始逐渐在机械故障诊断领域中得到广泛应用,但声信号的信噪比低导致其诊断准确率较差,因此急需有效的智能方法以实现噪声背景下的信号特征提取。稀疏滤波算法是一种基于无监督学习的智能特征提取算法,它能够优化特征分布的稀疏性从而得到好的特征表达。为了实现轴承声信号的特征提取和故障诊断,采用稀疏滤波算法从声信号频谱中提取特征,通过对其目标函数添加L2 范数约束以减少过拟合现象,然后采用Softmax 回归函数作为分类器,实现对不同轴承故障类型的精准识别。最后通过一组特殊设计的轴承故障诊断实验验证了所提方法的有效性。     

平板声子晶体的全反射隧穿效应及其滤波特性

为了研究一维平板声子晶体中弹性波的全反射隧穿效应,利用传输矩阵法计算了弹性波在大于全反射角入射一维平板方形声子晶体的透射率。在透射波中发现了全反射隧穿效应,并且全反射隧穿峰具有优良的多通道滤波特性。得出了一维平板声子晶体的全反射隧穿的滤波特性随模式量子数、平板厚度以及周期数的变化规律,为设计性能优良的多通道声子晶体滤波器提供了理论依据。     

基于正则化稀疏滤波的轴承声信号故障诊断方法

基于声信号的故障诊断由于其所具有的非接触、易安装等优点开始逐渐在机械故障诊断领域中得到广泛应用,但声信号的信噪比低导致其诊断准确率较差,因此急需有效的智能方法以实现噪声背景下的信号特征提取。稀疏滤波算法是一种基于无监督学习的智能特征提取算法,它能够优化特征分布的稀疏性从而得到好的特征表达。为了实现轴承声信号的特征提取和故障诊断,采用稀疏滤波算法从声信号频谱中提取特征,通过对其目标函数添加L2 范数约束以减少过拟合现象,然后采用Softmax 回归函数作为分类器,实现对不同轴承故障类型的精准识别。最后通过一组特殊设计的轴承故障诊断实验验证了所提方法的有效性。     

液体工业规模声处理中空化气泡的测量

工业规模液体内的声处理应用越来越多地得到国内外声学工作者的关注。一般认为,液体内声处理的机理是声空化,因此要扩大声处理的规模,应把研究的重点放在声空化的优化,而不是一味提高声能输入。而对声空化优化的前提则需要找到简单易行、生产上可用的空化测量方法。回顾了声空化检测、测量方法,分析比较后认为:实时谱分析方法更适用于大规模液体声处理的空化测量,需加大力度深入研究。     

自由阻尼处理结构的有限元建模及声辐射分析

用整体划分单元法建立了一种四节点20个自由度自由阻尼处理薄板结构的有限元模型，用能量法推导了单元的刚度和质量矩阵。在用有限元法计算结构的动态响应特性的基础上，将每个单元划分为很多个微元，利用有限元分析得到结构表面振动速度，通过单元的形函数，求出微元上几个点的平均速度，作为微元的振动速度。以每个微元为一单位，分别计算声压和声功率之后叠加起来，即得整个结构的声辐射。算例表明，用此方法分析计算表面阻尼处理结构的动态特性和声辐射是可行的。     

机械故障诊断中的声发射信号处理方法研究

由于声发射换能器的输出信号经过硬件滤波后还含有大量的噪声信号,而且其频谱可能和噪声信号的频谱重叠,因此提取能反映实际物理状态的信号是声发射检测工程应用的关键技术之一.设计了自适应噪声对消器,以消除环境噪声的干扰,再通过数字带通滤波以进一步抑制不需要的信号.在声发射信号的处理中使用了时频分析工具-小波包,将信号在不同尺度上分解,以便确定信号在奇异点处的时频特征信息.     

发展时变附加质量方法模拟飞行器出水过程

该文发展了时变附加质量方法,并利用有限元方法模拟了水下飞行器的出水过程。基于出水过程中飞行器的振动模态试验数据,由于出水长度与一阶横向振动频率、出水长度与附加质量均有一一对应关系,所以该文在一定假设条件下,通过反演方法得到了随出水长度变化的横向时变附加质量,初步形成了将复杂流场载荷向飞行器表面等效的方法。该文完成了对水下飞行器出水过程动态性能的研究,考察了某截面上弯矩和剪力随时间变化的情况。在附加质量的影响下,结构的响应频率会低于无附加质量的情况,而响应幅值则因不同的外载荷条件而异。随着出水长度的增加和沾湿长度的减少,结构的振动频率逐渐升高,此计算结果也定性地说明了时变附加质量的合理性,并为对附加质量方法作进一步研究奠定了基础。     

基于时变NARMA模型的非线性时变系统辨识

在非线性自回归滑动平均模型NARMA(Nonlinear Auto Regressive Moving Average)中引入时间变量,将其扩展为时变NARMA模型,用Taylor展开将模型中的非线性函数展开为关于输入输出的多项式,得到关于参数线性时变的多项式形式的时变NARMA模型,再用基序列拟合模型的时变参数得到关于参数线性时不变的模型,最后用递推最小二乘法估计模型参数。仿真算例证明,与小波网络方法相比,辨识精度高,计算量小。     

近海大气环境作用下钢框架节点时变地震损伤研究

已服役的结构由于所处的环境作用,其构件力学性能必将随时间不断劣化。基于12个不同锈蚀程度钢框架节点的低周往复试验,分析近海大气环境作用导致钢框架节点构件力学性能的劣化。考虑到钢框架节点在地震作用变形达不到其变形极限,因而不适宜采用变形能力作为参数评价其损伤程度。刚度指标能够反映构件承载力与变形两个性能指标,且构件的变形与其刚度成反比,建立能够考虑构件因环境作用而引起的初始损伤的基于构件刚度与耗能的双参数地震损伤模型。由试验数据回归得到构件的刚度与累积耗能能力与锈蚀率线性相关,并验算损伤模型的计算精度。研究表明:建立的损伤模型具有较高的计算精度,且计算方便,适用于对地震作用下的钢框架节点进行损伤描述。在损伤模型的基础之上,假定构件年锈蚀率相同,建立构件考虑环境作用的时变损伤模型。     

高层建筑风致动态响应中的背景响应

本文研究了高层建筑风致动态响应中的背景响应。首先推导了结构风致动态背景响应的计算公式,然后在此基础上指出了传统的计算高层建筑风致动态响应方法的实质和适用条件,并给出了本文方法与传统方法对比的算例。研究表表,当背景响应占结构的整个动态响应的比例较大时,用传统方法计算高层建筑的背景响应将产生不能忽视的误差。     

锈蚀和疲劳耦合作用下梁桥时变承载力评估

钢筋混凝土桥梁在环境和荷载双重作用下将出现锈蚀、粘结退化和疲劳损伤,现有承载力计算方法不能同时考虑三者的综合影响。根据已有成果系统阐述锈蚀、粘结退化和疲劳损伤对承载力的影响,分析锈蚀和疲劳耦合作用下的钢筋面积退化情况。根据锈蚀钢筋与混凝土界面间的变形协调关系推导多因素影响下截面协同工作系数的表达式,提出同时考虑锈蚀、粘结退化和疲劳损伤的承载力计算方法。以钢筋混凝土简支梁为例,对其承载力退化过程进行理论分析和数值模拟。结果表明：所提出的承载力评估方法可以合理准确地反映桥梁在疲劳和锈蚀耦合作用下的承载力退化过程,可为计算锈蚀和疲劳耦合作用下桥梁承载力评估提供参考。     

柱面网壳结构风致抖振响应研究

基于刚性模型风洞试验,在时域上对一柱面网壳结构进行风振响应计算,并细致分析了网壳结构在风荷载作用下的节点位移、单元应力、阵风响应因子和响应谱。结果表明,对于柱面网壳结构,受斜风作用时的工况为最不利工况,并且迎风侧端部的位移及单元应力最大;多个高阶振型参与振动;共振响应一般不可忽略,但对于起控制作用的响应,背景分量的贡献大于共振分量。     

基于小波多分辨率分析的时变结构参数识别研究

提出一种小波多分辨率分析的最优尺度选择方法,并将其应用于结构时变物理参数的识别。首先,从函数空间剖分的角度引入WMRA对时变参数进行多分辨率近似展开,将振动微分方程转化成多元线性回归方程,根据时变参数的频率范围及采样频率、线性方程组的个数等确定分解层数取值范围;其次,利用赤池信息准则（AIC）寻求最优分解尺度,为增强数据的稳定性,采用正交最小二乘算法（OLS）代替传统最小二乘算法（LS）对模型中小波系数进行估计并重构时变参数;最后,分别以突变和连续变化的两种时变参数的5层剪切框架模型进行数值模拟。分析结果表明：在预先确立的分解尺度范围内,采用无噪声干扰的响应信号进行识别时,识别精度随着分解尺度的增加而增加;采用噪声干扰的测量信号进行识别时,识别精度与分解尺度的增加无必然联系;通过选择适当的分解尺度,能够准确识别时变参数、提高方法的计算效率并保证很好的抗噪性能。     

基于随机激励响应的时变系统物理参数子空间识别方法研究

该文提出了一种基于任意组合的DVA(displacement,velocity and acceleration)及输入激励识别时变系统物理参数的子空间方法。该方法以任意组合的位移、速度、加速度(DVA)随机响应信号为测量信息,仅利用一组输入、输出信号组成Hankel矩阵,通过奇异值分解的方法识别出等效状态的系统矩阵,然后运用推导出来的通用时变系统的转换矩阵,将等效状态系统矩阵转换成为实际物理状态下的系统矩阵,从而识别出实际系统的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵。以二自由度弹簧-质量-阻尼模型为算例,研究了突变、线性变化和周期变化三种变化形式下物理参数的识别,并讨论了不同噪信比下噪声对识别结果的影响,仿真算例验证了该方法的正确性和有效性。     

用于时变结构模态参数识别的投影估计递推子空间方法

基于投影估计子空间跟踪算法提出了一种新的可用于时变结构模态参数识别的递推子空间方法.首先利用方阵求逆公式和正交补空间的性质将待跟踪的矩阵变换为一种适合在线跟踪的一阶修改递推格式,然后将奇异值分解转化为无约束优化问题,通过投影估计将目标函数变换为关于新数据的二阶形式,再利用最小二乘法求出系统的特征子空间,最后根据模态分析理论求出时变结构的伪模态参数.使用本文方法辨识一个具有移动质量块机械臂系统的伪模态参数,并将结果与另外两种方法进行比较.理论和仿真结果表明提出的方法具有计算量小、对噪声不敏感等优点.     

大跨越输电塔线体系的地震响应研究

大跨越输电塔线体系塔身极高,塔线耦合作用显著,抗震分析时需采用精细的三维有限元方法。针对某大跨越输电塔线体系,采用振型分解反应谱法和时程分析法进行考虑三向输入的地震响应研究。自重作用下塔线体系各杆件的轴应力比单塔体系大。地震作用下两种体系各杆件轴应力的差别不大,但对于支座的基底剪力,塔线体系的结果比单塔体系小。同时两种计算结果之间的可比性很好,说明方法应用和计算过程的准确性。