基于ARX模型的齿轮箱建模方法

齿轮箱是一个结构复杂的系统,输入输出的影响因素众多,于是单输入单输出的系统传递特性必然无法准确地反映实际工况中齿轮箱的运行特征,针对此问题本文提出了基于ARX模型的齿轮箱多输入多输出建模方法,并使用两个输入信号（输入轴扭矩和转速信号）及三个输出信号（输出轴扭矩、转速信号和箱体上采集的振动加速度信号）,将齿轮箱建模为一个二输入三输出的系统。实验结果显示：ARX模型从系统固有特性的角度来分析齿轮箱的状态,可以有效区分不同的故障状态。     

基于粒子滤波的多模态振动信号在线跟踪

针对多模态振动信号的在线监测和跟踪,提出基于随机子空间（SSI）和粒子滤波（PF）算法的仿真振动信号在线监测和跟踪方法。通过SSI算法提取得到振动系统的模态主频和阻尼比,根据振动系统模型模态主频和阻尼比的计算公式,得到系统的状态矩阵和输出矩阵。将计算所得状态矩阵和输出矩阵代入状态方程,利用PF算法进行信号的在线监测和跟踪,实现信号的降噪处理和预测分析。对于大型机械、桥梁等建筑物,对其进行在线监测保障其正常营运对社会经济发展具有深远影响。文中利用SSI算法提取系统的模态参数,进一步构建振动系统的状态矩阵和输出矩阵,并利用PF算法进行信号滤波抑噪和预测,在此基础上可以对结构状态实施在线监测及预警控制,实际大桥斜拉索振动信号测试也表明本文算法可以提供稳定可靠的信号跟踪与预测技术。     

旋转机械非平稳振动信号的时频分析比较

信号分析与处理是机械故障监测与诊断中故障提取的常用方法,传统的振动故障分析方法难以满足频率随时间变化的非平稳信号的要求,联合时频分析是非平稳信号比较有力的分析工具。以转子实验台的典型振动故障信号为研究对象,分析研究了几种时频分析方法如STFT、Wigner-Ville分布、小波变换和Hilbert-Huang变换。对比结果表明:STFT和Wigner-Ville分布的时频分辨率是矛盾的,易出交叉项或使信号变得微弱;小波分解会出现多余信号;Hilbert-Huang变换的时频分析能够直观检测信号中的微弱奇异成分,清楚给出时频分布情况,为旋转机械状态监测和故障诊断提供了新的手段。     

基于灰色关联度和Teager能量算子的轴承早期故障诊断

滚动轴承的健康状态直接影响着旋转设备的运行状态,为了及早获取滚动轴承状态异常的信息,提出了基于灰色关联度和Teager能量算子(TEO)的滚动轴承早期故障的诊断方法。对滚动轴承运转的振动数据进行等长度分组,计算各组数据与轴承状态良好的第一组数据之间的灰色关联度,根据灰色关联度值的变化趋势,确定早期故障发生的时间段,截取该时段的振动数据进行Teager能量包络谱分析,确定故障类型。分别采用峭度系数、波形因子和均方根等指标与TEO相结合的方法对相同的轴承振动信号进行了分析和故障诊断,将各种方法的早期故障诊断结果与所提方法比较,结果验证了"灰色关联度+TEO"方法在轴承早期故障诊断中的可行性及有效性。     

段药量对爆破振动信号时频特性的影响研究

为研究段药量对爆破振动信号时频特性的影响,进行不同段药量的单孔爆破振动试验。基于实测数据,利用小波分析和ＡＯＫ时频分布相结合的方法,对不同段药量的爆破振动信号在不同频带内展开,并以频带能量比、频带能量持续时间为指标,研究段药量对爆破振动信号时频特性的影响。结果表明,段药量对爆破振动信号时频特性影响很大：随着段药量的增加,爆破振动信号的低频能量所占总能量的比例增加且频带能量的持续时间相应延长。研究成果可揭示段药量对爆破振动信号时频特性的影响,并为从能量的角度进行抗振、降振的研究提供分析基础。     

谱相关技术及其在潜艇结构振动信号传递特性分析中的应用

由于潜艇结构的复杂性,有限元方法和时域相关方法在分析结构振动信号传递特性时精度欠佳。针对上述问题,提出了定量分析结构振动信号传递特性的谱相关技术,该技术通过结构两侧振动信号分析结构对振动信号组成成分的影响,避免了有限元精确建模困难与振动信号通过复杂结构时波形失真较大的难题。将该技术应用于潜艇缩比模型不同结构振动信号传递特性分析中,定量分析结果表明该技术能很好地分析不同结构的振动信号传递特性。     

基于谱相关的齿轮振动监测技术研究

摘要：齿轮振动信号的特征循环频率具有谐频成分,谐频循环频率簇对应的谱线相关性综合反映了系统中的某种啮合振动或调制现象。以此理论为基础,本文提出了啮合振动监测因子和调制监测因子两种累积能量因子,利用单一传感器采集得到的信号,以全频段信息为依据,进行振动信息的抽取和剥离,实现针对性的齿轮振动监测。实例分析结果证实了基于谱相关的状态监测技术具有较高的灵敏性,能够初步判断系统中的故障所在。     

基于局部均值分解与形态谱的旋转机械故障诊断方法

针对旋转机械不同类型故障会使振动信号具有不同形态特征及振动信号信噪比低等特点,提出基于局部均值分解（Local Mean Decomposition,LMD）与形态谱的旋转机械故障诊断方法。其中的LMD能对旋转机械原始振动信号进行降噪处理,而形态谱则能反映振动信号的形态特征,从而能判断旋转机械的工作状态。将该方法用于转子系统故障诊断,分析结果表明,该方法能有效提取旋转机械故障振动信号的故障特征,能准确识别旋转机械的故障状态。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

变长度提升系统钢丝绳纵向振动特性

以提升系统中变长度柔性钢丝绳的纵向振动为研究对象,考虑钢丝绳刚性运动与变形运动的相互影响,应用Hamliton原理建立变长度提升系统钢丝绳运动微分方程,同时,利用五次多项式拟合得到的电梯理想运行状态曲线作为运动参数输入,对所建模型进行了算例分析。数值仿真结果表明：本文的方法能较好地反映变长度提升系统钢丝绳的纵向振动特性,推导出的方程为电梯钢丝绳纵向振动特性的进一步分析提供了依据。     

新型缓冲阻尼器设计及其冲击响应特性研究

针对强冲击环境下设备防护问题,提出一种新型缓冲阻尼器。该阻尼器依据环形间隙阻尼系数计算公式,以双出杆阻尼器为改进基础并利用弹性力与阻尼力相位差原理而设计。通过单自由度数学模型计算分析了新型缓冲阻尼结构的冲击响应与自身特性。结果表明,相比于双出杆流体阻尼器,该阻尼器在保证不增加绝对加速度与相对位移幅值的前提下,可有效降低残余响应,被隔离体复位时间缩短48%。在特性分析中,相比双出杆流体阻尼器,新型阻尼器耗能增加了28%,两者阻尼力最大相差470 N。根据正、负双波试验的结果,说明了数值仿真可以较为准确地描述新型缓冲阻尼器在冲击下的响应特性,同时,也验证了该缓冲器具有较好的抗冲减振能力。     

新型双足模型下结构动力响应分析

基于考虑人体动力特性的新型双足模型,采用Lagrange方程建立了步行过程中人与结构相互作用系统运动方程。研究了人与结构各自的动力响应及其之间相互作用,并通过对比说明了新型双足模型反映的人体动力特性对结构振动的影响。结果表明：人与结构相互作用增大结构动力响应;行人经过结构各阶模态振型波峰时,结构各阶模态频率和阻尼比分别达到最小值和最大值。     

阻尼环对齿轮系统轴向振动的减振特性研究

分析了齿轮系统的振动机理与阻尼环减振原理。建立了齿轮—阻尼环系统的轴向振动的动力学方程组,采用谐波平衡法求解动力学方程,得到了近似解析解,并与数值解进行了比较。在此基础上,采用一组典型参数,讨论了系统的幅频特性,并探讨了齿轮—阻尼环系统减振效果与阻尼环参数的关系。     

非线性转子-轴承系统的动力学降维分析与试验研究

应用有限元法建立转子-轴承试验系统的非线性动力学模型,采用固定界面模态综合降维法将原高维系统转换为低维少自由度系统,采用Newmark-β法对降维后模型进行求解,在和全自由度模型对比满意的前提下,得出转子系统的三维谱图、分岔图、三维振幅图、轴心轨迹图以及Poincare截面图,并和试验结果进行对比,结果表明本文所建立的动力学模型,较为真实地反映了试验系统的非线性特性,为计算复杂转子-轴承系统的深层次动态设计提供理论依据。     

基于分数阶微分的金属橡胶迟滞非线性动力学模型

金属橡胶元件的应力应变关系为非线性滞回曲线,现有的金属橡胶动力学模型大多采用多参数、分段函数进行描述,增加了系统的复杂性。通过分析金属橡胶的弹性恢复力和阻尼力的组成,利用分数阶微分能够描述各种材料及过程记忆性的特点,提出一种含有分数阶微分的金属橡胶黏弹性本构模型,在此模型基础上建立了金属橡胶非线性动力学系统模型;通过正弦位移加载实验获取了典型金属橡胶隔振系统在多种激励幅值、频率作用下的恢复力;采用遗传算法对实验数据进行曲线拟合,识别出模型中所有参数;通过分析推导出系统模型中各参数与振幅及频率的函数关系。结果表明,所提出的含分数阶微分项的金属橡胶非线性动力学系统模型,具有连续的数学表达式,能够较准确地反映金属橡胶非线性系统的完整动力学性能,而且与现有金属橡胶动力学系统模型相比,参数较少,结构简单,为金属橡胶动力学系统的研究提供了新的思路。     

RV减速器振动特性分析

为了研究RV减速器的振动特性,建立了RV-20E型RV减速器的刚柔耦合动力学虚拟样机模型,利用灰色关联度分析了样机的准确性。之后通过模态分析,分析了RV减速器的整机模态频率、振型等。进一步使用有限元方法对RV减速器进行了瞬态动力学分析,得到了不同工况下的仿真信号,并与试验测得的不同转速、负载下RV减速器的加速度振动信号进行对比,仿真分析结果与试验结果吻合度较高。分析结果表明负载对RV减速器振动的影响较小,而转速对于RV减速器的振动有明显影响。     

轨枕空吊对有砟道床动力特性影响的离散元分析

为研究轨枕空吊对有砟道床动力特性的影响,建立有砟轨道的离散元分析模型。通过缩小与枕底相接触的道砟颗粒的粒径实现了轨枕空吊的模拟,研究了轨枕空吊状态下有砟道床的动力响应,分析了轨枕空吊形式和空吊数量对有砟道床动力响应的影响。结果表明:轨枕空吊会使得道床中道砟颗粒接触力发生重分布,空吊轨枕所在道砟箱中强力键的个数会减少,两侧相邻道砟箱中强力键的个数会增多,轨枕非完全空吊时在列车荷载作用下会对道床产生冲击作用而增大部分道砟颗粒受力;空吊轨枕会失去对其下方道砟颗粒的约束作用而导致道砟颗粒振动的离散性增加,同时会增大轨枕盒中道砟颗粒的振动并显著提高两侧相邻轨枕下方道砟颗粒的振动水平;轨枕空吊会增大轨枕侧面与道砟颗粒之间的摩擦耗能,引起道砟出现"泛白"现象,同时还会增大两侧相邻轨枕下方道砟颗粒之间的摩擦耗能;3根轨枕连续完全空吊对道床动力响应的影响大于1根轨枕完全空吊的影响。     

典型路面的提取与合成方法研究

介绍了道路路面数据测量系统的构成和数据预处理方法。针对测量的道路路面数据,提取了可表征路面特点的特征参数,包括基本统计量、国际平整度指数和功率谱密度参数等。在此基础上,使用雷达图统计分析工具,提出了典型路段的提取与合成算法。并以北京地区真实的海量路面测量数据为例,进行了典型路面的提取与合成,得到了可反映和表征该地区路面特点的典型路面。最后总结了典型路面的提取与合成方法,展望了其应用前景。     

行星滚柱丝杠副运转过程动态特性分析

以行星滚柱丝杠副为研究对象,建立行星滚柱丝杠副有限元模型。基于显式动力学有限元算法,采用全积分单元进行沙漏控制,通过调整单元密度和采用混合时间积分算法提高计算速度,对行星滚柱丝杠副进行动态特性分析。分析结果表明：随着滚柱转速增大,丝杠相对滚柱的轴向位移、速度大小及波动幅度均变大;不同转速下,螺纹牙上同一接触单元von Mises应力基本一致;同一转速下,丝杠副的4个螺纹牙上的接触单元均存在载荷分布不均现象,且第1个螺纹牙上的von Mises应力波动最大;丝杠侧接触单元von Mises应力大于螺母侧接触单元von Mises应力。     

计及塑性接触层的法向接触刚度等效方法

采用典型的粗糙体——刚性面接触模型,针对完全弹性和理想弹塑性两种材料,分析了一般法向接触刚度等效方法是否准确,发现了一般方法在处理弹塑性接触时存在较大差并揭示了其中的本质原因。通过引入界面接触层,提出了接触界面等效的新方法并验证了其准确性,最终实现了对原系统的准确动力等效。通过实例采用两种等效方法对比分析了对动力系统振动特性的影响,为工程实际中含接触界面系统的动力学研究提供了参考。