一种改进的基于相位差法的频谱校正方法

采用相位差校正法进行频谱校正,对幅值进行校正需要依赖于窗函数的谱函数。而实际上很多窗函数都十分复杂,其谱函数的解析表达式难以取得。该文提出基于相位差法取得频率修正量后,可以将原加窗序列乘以一个由频率修正量产生的复数序列,相当于进行一个小的频移,产生一个新的序列。新序列的信号频率正好对准离散频谱上的某一根谱线,不会产生泄漏。因此在幅值校正时不需要依赖窗函数的谱函数,通用性好。仿真研究和应用实例表明,采用该文提出的方法,选择合适的窗函数,即使是密集分布的频谱,也可以达到理想的校正精度     

基于S变换的叠梁闸门水脉动压力特性研究

以叠梁闸门脉动水压力为研究对象,采用S变换方法对叠梁闸门泄水过程的脉动压力信号进行时频分析处理,研究脉动压力信号能量在时频内的分布规律,确定脉动水压力在不同泄水方案下的优势频率。通过脉动压力优势频率和叠梁闸门的固有频率分析比较,判定在泄水过程中叠梁闸门发生共振现象的可能。结果表明,脉动水压力为低频分布,不同时刻的频率明显不同;不同取水方案时频率成分有明显的变化,随着取水高程的增加,脉动能量分布越来越广泛,频率成分也越来越丰富。在泄水过程中脉动水压力频率较小,远小于叠梁闸门固有频率,闸门运行过程中不会出现共振现象。     

实复转换式衰减信号参数估计算法

为抑制衰减实信号中负频率成分对参数估计的影响,提出一种实复转换式参数估计算法。预估计采样信号频谱能量最大值点的索引值;构造只含有负频率成分的参考信号,并将采样信号和参考信号相减实现实复转换,以抑制负频率频谱泄漏的影响;利用频谱两点插值算法得到频率偏差、衰减因子和复幅值的粗估计值,并重新生成参考信号和复信号;通过迭代计算得到精确的频率、衰减因子、初幅值和初相位估计值。以频率估计为例的仿真实验结果表明:所提算法可有效地抑制负频率频谱泄漏的影响,提高中高信噪比条件下的频率估计精度,特别是信号频率较低时的频率估计精度,提升了频率估计的综合性能。此外,在科氏流量计中进行了实测实验,检验了所提算法的有效性。     

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。     

柴油机缸盖振动加速度信号影响因素分析

改变195柴油机的转矩、转速及供油时刻，测量分析各工况的缸盖振动加速度信号，分析结果表明，同样转速时，缸盖振动加速度时域最大波动量及2kHz以下各频带能量与缸内燃烧状况相对应；当转速发生改变时，加速度信号时域最大波动量及各频带能量与缸内燃烧状况间无对应关系。建立有限元分析模型，研究缸盖联接螺栓预紧力及材料刚度对缸盖振动加速度信号的影响规律，结果表明当材料的杨氏模量或联接螺栓预紧力减小时，系统的固有频率降低，使得缸盖振动加速度信号时域最大波动量及2kHz以下各频带能量呈增大的趋势。     

建筑物对爆破振动中不同频率能量成分的响应特征

爆破地震对建筑物的影响实质上是一种能量的传递与转化过程,这种传递与转化的过程受到建筑物动力特性的影响。利用结构动力学理论,结合典型工程实例,研究了建筑物对爆破地震中不同频率能量成分的响应特征,结果表明:建(构)筑物对于爆破振动中的不同频率能量成分存在明显的选择放大效应。在爆破地震中,与结构固有频率相一致的能量成分将被最大程度的放大。在制定爆破振动安全判据时,要将爆破地震自身特征和建筑物动力特性更好的结合起来,重视爆破振动中与建筑物固有频率相对应的能量大小。     

无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪研究

结合旋转机械升降速阶段振动信号的特点,提出了一种无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪方法。该方法利用能量重心法对振动信号进行频谱校正,估计瞬时频率,获得参考轴转速信号,再对振动信号进行Vold-Kalman阶比跟踪,提取阶比分量。与需要转速计的经典Vold-Kalman阶比跟踪方法相比,该方法无需鉴相装置,完全用软件方式实现,算法精度高。仿真和应用实例分析结果表明此方法能够在时域中准确地提取幅值和频率变化的阶比分量。     

密集频率数字信号的判定和校正方法

数字信号的频谱分析中,DFT只得到的频谱可以粗略确定实验信号各谐波频率,振幅和相位,单频谱谐波在其频率的某一邻域内的细化幅值频谱和相位频谱具有显著的特征,通过分析比较,单频率谐波细化频谱与矩形窗的频谱极其相似,依此为准绳,可以判定密集频率信号,进而通过待定谐波参数,选择合适的参数区间和步长组合循环计算,并用矩形窗频谱近似单频率谐波细化频谱的办法,则可以还原校正密集频率的谐波参数,校正精度略低于细化频谱对单频率谐波的计算结果,该方法可以较好的进行情况多变的多个密集频率频谱分析,越多的密集频谱,需要更大的计算量。     

基于相位差校正法的全息谱研究

针对传统全息谱在噪声干扰下精度降低的问题,提出了一种新的基于相位差校正法的全息谱分析方法。该方法首先对时域信号加窗截断后进行FFT变换,然后引入相位差法校正其频率、幅值和相位,最后合成全息谱图。通过仿真及对柔性转子实验台的振动信号的分析,表明基于相位差校正法的全息谱可以明显提高其分析精度,更加精确而有效地诊断旋转机械的故障。     

基于时频滤波的汽轮机半速涡动故障成分提取

汽轮机油膜涡动是滑动轴承失稳而产生的自激振动,其振动频率主要表征为转子转频的一半或略小。当油膜涡动频率等于转子一阶临界转速时会导致振动加剧,进而对汽轮机的稳定运行产生严重影响。Gabor变换是一种可逆的联合时频分布方法,其逆变换具有时域信号重构的能力。基于Gabor变换对850 MW汽轮机振动信号进行时频分析,显示反映轴系不稳定的半速涡动成分,进一步对该成分进行时频带通滤波,并基于Gabor逆变换予以时间重构,获取半速涡动成分的峰峰值量化指标,为汽轮机轴承油膜涡动故障提供诊断依据。     

基于解析模式分解的密集工作模态参数识别

长大跨度的桥梁结构或者高层建筑的工作环境振动响应中经常包含密集的模态成分,并会出现模态叠混现象,而传统的信号分析方法往往难以识别结构的密集模态参数。提出一种基于解析模式分解理论与随机减量技术相结合的方法识别环境激励下的结构密集模态参数。对于工作环境激励下的结构振动响应,通过随机减量技术可以提取结构的自由振动响应,利用解析模式分解方法对具有密集模态的自由振动响应进行有效的分解,对每一阶自由振动响应利用最小二乘拟合方法识别出频率与阻尼比。通过两层框架的数值模拟以及对密集频率的密集程度指数和信号时程长度等参数分析,其结果表明通过随机减量技术提取的自由振动响应可以有效的减少模态叠混的影响,虽然提取的自由振动响应的时程长度比实际的信号时程要短,然而解析模式分解仍然能够十分有效的对短时程具有密集模态成分的信号进行有效的分解。最后,通过对一具有密集模态的36层框架的数值模拟,以及对一具有密集模态的3层框架的振动台实验,验证该方法可以有效的识别出环境激励下的结构密集模态参数。     

隧道周边孔爆破振动信号分析

为了解周边孔爆破对控制爆破振动速度的影响,以大连玉华220kV线路新建工程2#大里程隧道为例,分析周边孔爆破振动信号。2#大里程隧道临近商业建筑,通过掏槽孔、周边孔两次起爆,达到了控制爆破振速的目的。因此,在爆破断面垂直的商铺附近,距离爆破断面约6m处布置测试点进行监测。采用FFT法、小波包分析法、加速度功率谱密度法对爆破的振动速度、持续时间、主频、能量-频率分布等进行了分析。结果发现:周边孔爆破中距爆破断面水平距离6m处的最大单向振动速度为1.122 4cm/s,频率较高,80Hz以上,在《爆破安全规程》规定的振动速度范围之内。同时分析了3种方法的异同点,FFT法的速度谱与小波包分析的能量-频谱图波形相似,主频与小波包分析法相差不大,与加速度功率谱密度计算的主频非常接近,可用FFT法初步分析爆破振动信号的能量分布比例。小波包分析法在主频确定方面有更高的分辨率,在精细分析时应采用小波包分析法进行爆破振动信号的分析。该爆破振动信号分析对有效地控制振动速度,降低爆破对周边建筑物的损害和爆破网路设计有着很好的指导意义。     

隧道周边孔爆破振动信号分析

为了解周边孔爆破对控制爆破振动速度的影响,以大连玉华220kV线路新建工程2#大里程隧道为例,分析周边孔爆破振动信号。2#大里程隧道临近商业建筑,通过掏槽孔、周边孔两次起爆,达到了控制爆破振速的目的。因此,在爆破断面垂直的商铺附近,距离爆破断面约6m处布置测试点进行监测。采用FFT法、小波包分析法、加速度功率谱密度法对爆破的振动速度、持续时间、主频、能量-频率分布等进行了分析。结果发现:周边孔爆破中距爆破断面水平距离6m处的最大单向振动速度为1.122 4cm/s,频率较高,80Hz以上,在《爆破安全规程》规定的振动速度范围之内。同时分析了3种方法的异同点,FFT法的速度谱与小波包分析的能量-频谱图波形相似,主频与小波包分析法相差不大,与加速度功率谱密度计算的主频非常接近,可用FFT法初步分析爆破振动信号的能量分布比例。小波包分析法在主频确定方面有更高的分辨率,在精细分析时应采用小波包分析法进行爆破振动信号的分析。该爆破振动信号分析对有效地控制振动速度,降低爆破对周边建筑物的损害和爆破网路设计有着很好的指导意义。     

二维晃动自然频率与阻尼比系数的试验识别

液体的晃动模态（自然频率、振型与阻尼比系数）是贮液结构设计以及振动控制的重要参数。在液体晃动的模态试验中,需要激发液面的模态运动,但液面的对称模态运动一般比较难以激发出来,使得对称模态参数（特别是阻尼比系数）难以精确识别。本文采用参数激振的方法对矩形、U形和圆形截面容器进行竖向激振,可容易激发出液体表面的前四阶模态(包括对称模态)运动,撤除激励后液体表面按某一特定的振型作自由衰减振动,通过激光测量液体表面波高的自由衰减曲线,从而精确得到液体晃动的自然频率与对应的阻尼比系数,测得晃动频率与理论频率结果吻合良好,表明本文试验识别方法有效。     

基于改进EMD-ICA的结构模态参数识别研究

该文针对频带滤波改进经典经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)的模态分解能力不足时产生过多虚假模态的问题以及真正本征模函数(IntrinsicModeFunction,IMF)的判定问题,提出了将改进EMD与独立分量相结合的信号分析方法。该方法不需要人为预先设定阈值,能够自动分离出真正的IMF分量,消除改进EMD过程中产生的虚假模态,保障EMD分解信号的有效性。然后利用随机减量技术获得各IMFs的自由模态,最后利希尔伯特变换和最小二乘拟合技术相结合的方法来识别出结构的频率和阻尼比,并通过两个数值算例和一个七层钢框架的模态试验予以验证。研究结果表明:该方法可有效解决改进EMD的缺陷,并成功识别出结构的模态参数。     

基于离散频谱分析的自由衰减振动信号的幅值恢复

加矩形窗截断后的自由衰减振动信号可以看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,从理论上证明了其连续谱峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位。分析了连续谱的离散频谱幅值误差影响因素,提出一种新的求解幅值恢复系数的方法,该方法根据已估计得到的阻尼、频率和相位重构幅值为给定值的新信号,然后求解加有限长度指数窗幅值恢复系数。当理论频率位于某条离散谱线上,幅值基本无误差。理论分析和仿真表明,采样频率、阻尼和频率误差的变化对幅值分析精度的影响很大,并且是相互作用的,但当理论频率与采样频率之比fn/fs在区间(0.25,0.4)内,且阻尼在区间(0.005,0.02)时,不论频率误差多大,分析精度均很高,幅值误差小于5%。相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法。     

基于VMD的建筑结构模态参数识别

在建筑结构的健康监测、控制和状态评估中经常遇到的一个关键性问题是如何根据实测响应信号准确估计结构阻尼比及自振频率等模态参数。基于变分模态分解(VMD)提出一种新的结构模态参数识别方法。该方法首先对实测振动信号进行VMD分解,获得单模态信号,然后采用自然环境激励技术(NEXT)得到单模态信号的自由衰减响应,最后利用直接插值法(DI)和曲线拟合获得结构的自振频率和阻尼比。通过三层框架结构的数值模拟验证了该方法的准确性及可靠性。利用该技术对台风“达维”作用下广州中信广场的实测加速度数据进行分析,并将估计的结构模态参数和其他识别方法的分析结果进行对比,进一步验证了该方法的准确性和有效性。     

一种水电厂房振动模态参数识别方法

水电厂房的振动是机械力、电磁力、水力脉动共同作用的结果,其动荷载很难测得,结构模态参数识别的难度不言自明。为解决以上困难,提高厂房结构振动模态参数识别的精度,在厂房结构各种荷载未知的情况下,将突然停机工况下动荷载释放后的振动信号,利用随机减量法提取自由衰减信号成分,以基于ARMA模型参数识别法实现了对某大型水电站厂房低阶模态参数的识别。识别结果表明,随机减量法和ARMA联合分析方法是解决大型复杂厂房结构动态参数识别的有效方法,识别结果可用于结构物的健康监测和振动控制中,同时该方法在大型水电站厂房振动模态参数的在线识别领域中具有广阔的工程应用前景。     

Free transverse vibration of rotating blades in a bladed disk assembly

This paper investigates the natural frequency of free transverse vibration of blades in rotating disks to examine the relationship of natural frequencies, blade stiffness and nodal diameters to study how neighboring blades react upon each other and affect blade natural frequency. With the use of elastic hinge theory and a cantilever beam model subjected to either a transverse concentrated force or a bending moment at the free end, the force-deflection stiffness/moment-rotation stiffness of the beam have been developed. Thereafter, the reaction forces and moments from the neighboring blades have been determined without the need for an exact solution of large deformation of cantilever beams including geometrical nonlinearity effects. With the use of the energy conservation principle and modal theory, the natural frequency of free transverse vibration of blades in rotating disks has been determined for any nodal diameter. A comparison of the analytical and finite element solutions for a bladed disk with uniform aerofoils shows that the analytical method presented in this paper is accurate.