基于分数阶微积分的裂纹转子系统非线性动力学特性研究

在考虑非线性涡动的情况下,建立了分数阶阻尼裂纹转子系统的非线性动力学模型,并用龙格-库塔法和连分式Euler法对其进行了数值仿真。讨论了分数阶阶次、转子转速和裂纹深度对分数阶阻尼裂纹转子系统非线性动力学特性的影响。研究结果表明：对于具有分数阶特性的转子系统,采用分数阶来建立裂纹转子系统模型,能更好地揭示系统的非线性动力学特性;在相同的裂纹深度和相同的分数阶阶次下,随着转速比的增加,转子系统依次经历混沌、倍周期和周期运动;在相同的转速比和相同的分数阶阶次下,裂纹深度比较小时,引起的转子刚度变化量不大,一般不会出现复杂的分叉与混沌现象;随着裂纹深度的加深,转子的刚度减小,转子系统呈现复杂的振动特性,裂纹故障特征越来越明显,转子系统由单周期运动变换到倍周期运动,二倍频分量占主导地位,同时其他倍频分量也相继出现。这些有价值的结论对转子裂纹的故障诊断提供了参考。     

基于B样条小波有限元陀螺转子悬浮磁场的分析

给出了一种陀螺仪转子悬浮结构,建立了悬浮磁场B样条小波有限元模型;研究了一类新的有限元空间.它以B样条小波函数作为正四面体有限等参元的形状函数.利用B样条小波函数的变尺度特性在不改变网格的剖分下提高分辨率.最后对悬浮系统模型进行了仿真,给出了磁力线的走向、分布及空间各点的磁场强度.并对结果进行了分析.     

锰铜基阻尼合金广义分数阶Maxwell本构模型

针对锰铜基阻尼合金简化为线弹性材料、与实际非线性本构关系不符的问题,以M2052锰铜基阻尼合金为研究对象,结合锰铜基阻尼合金高阻尼特性机理,提出一种基于广义分数阶Maxwell模型的三参数本构方程。通过常应变率单轴循环拉伸试验分析验证本构模型的准确性,采用均值系数法拓宽本构模型的实用性,并研究广义分数阶Maxwell模型的拟合性能。结果表明：锰铜基阻尼合金的本构关系具有很强的非线性,应力-应变曲线呈梭型,滞回面积随着最大应变幅值增大而增大;广义分数阶Maxwell模型可以较好地描述M2052阻尼合金应力-应变曲线的非线性和滞回特性,试验拟合均方差在0.468 4~2.651 0之间,确定系数均大于0.992 9;广义分数阶Maxwell模型具有较强的适用性,模型各参数可通过应变幅值拟合确定,不用进行特定试验,较其他黏弹性模型可更好地模拟阻尼合金的非线性特性。     

热电偶分数阶传递函数阶次和参数估计

为了研究热电偶动态特性,用分数阶模型进行建模和模型辨识。测量瞬态温度时,温度响应存在延迟,该测量过程属于物理上的延迟过程或者叫做遗传过程。热电偶与被测介质接触时,测量接点和偶丝都产生热量传递。测量接点的温度分布取决于介质与测量接点的换热以及测量接点与偶丝之间的导热。根据分数阶微积分理论,引入时间分数阶微积分建立了热电偶半无限固体导热模型。模型描述了露端式热电偶测量接点与被测介质之间的换热过程,包括测量接点与偶丝的热量传递。通过分数阶拉普拉斯变换得到一种阶次呈比例的分数阶传递函数结构,这种结构的传递函数描述了测量接点热惯性的延迟和热电偶偶丝热扩散的单相延迟。建立了热电偶测量固体表面温度的实验系统,采集热电偶在温度激励下的输入和输出。根据输入和输出数据,用改进Luus-Jaakola算法对分数阶传递函数的参数和阶次进行了估计。实验和计算结果表明,变阶次分数阶传递函数的拟合结果优于固定阶次分数阶传递函数。     

分数Maxwell黏弹性胶体阻尼缓冲器振荡流模型研究

针对黏弹性胶体在阻尼缓冲器中流动时黏弹性较强,用于模拟和研究阻尼缓冲器间隙流和孔隙流的振荡流模型较少的问题,提出了一种含准态特性参数用于研究黏弹性胶体阻尼缓冲器振荡流的分数Maxwell模型。根据黏弹性胶体阻尼缓冲器受力时周期往复运动的实际工况,简化黏弹性胶体在阻尼缓冲器阻尼孔和节流间隙中的振荡流动过程,设定振荡流初始和边界条件,采用有限差分法求得了分数Maxwell模型的数值解。通过与牛顿流体模型进行比较,数值模拟了分数Maxwell模型在不同振荡频率下的流速分布及各参数对应力-应变率曲线的影响。数值模拟与实验结果表明：分数Maxwell模型非线性和频率依赖性较牛顿流体模型强;不同参数下,分数Maxwell模型应力-应变率曲线均呈椭圆形,而牛顿流体模型应力-应变率曲线呈直线;随着分数阶指数α、β和准态特性无量纲系数η的增加,分数Maxwell模型的应力-应变率曲线椭圆长轴沿逆时针旋转;所提出的分数Maxwell模型可有效预测黏弹性胶体阻尼缓冲器滞回曲线的形状及变化趋势,且相对于实验结果能量吸收率平均误差为3.60%.     

基于内积模极值的循环相减识别曲轴阻尼

曲轴阻尼对裂纹故障敏感,传统的半功率带宽法在曲轴阻尼诊断中误差大,提出内积模极值法和循环相减相结合进行阻尼诊断.首先,应用内积模极值法识别出信号的某一阶模态参数,从原信号中除去该阶估计信号.然后,重复这种内积运算和相减步骤,形成迭代,模态之间的相互干扰在迭代计算过程中得到消减,各阶阻尼的识别精度提高.将该方法应用于曲轴阻尼诊断,并改变曲轴阻尼模拟裂纹出现,结果表明:变化的曲轴阻尼可被准确识别.     

融合多尺度统计信息模糊C均值聚类与Markov随机场的小波域声纳图像分割

声纳图像成像质量差、特征信息弱,目标分割存在一定困难,为此提出一种融合多尺度统计信息的模糊C均值(FCM)聚类与Markov随机场(MRF)的小波域声纳图像分割算法。小波域中低频信息统计特性描述了低频不同区域像素聚类情况,高频信息反映了该方向纹理特征,依据低频子带的统计峰值选取FCM初始聚类中心,应用小波域FCM聚类算法对声纳图像进行预分割,抑制噪声的影响,提高了预分割的准确性;构建初分割后图像的多尺度MRF模型,尺度间节点标记的相关性采用1阶Markov性表征,尺度内构建2阶邻域系统描述系数间的标记联系,标记场采用双点多级逻辑模型建模,同一标记的系数特征场采用高斯模型建模,弥补了MRF算法中层次信息和轮廓信息描述的不足;应用迭代条件模型算法求其最小能量下的标记场,实现声纳图像分割。从视觉主观效果和客观评价指标两方面的实验结果验证表明,该算法分割声纳图像均优于FCM聚类算法和MRF算法,分割的声纳图像边缘与细节的清晰度、精细度均有一定程度改善。     

基于非线性输出频率响应函数的多裂纹转子故障诊断方法研究

相对单条转子裂纹的故障诊断,多条裂纹的故障诊断更复杂,也更困难。以两条裂纹为例,将非线性输出频率响应函数(NOFRF)引入到具有两条裂纹转子系统的故障诊断中,提出了一种 基于NOFRF的多裂纹转子故障诊断新方法,并且对比分析了两条裂纹不同夹角、不同裂纹深度下NOFRF值的变化情况。实验结果表明,NOFRF值对裂纹故障具有很高的敏感性,根据 NOFRF值的变化情况,不仅能反映转子系统裂纹是否存在,还能反映两条裂纹之间的夹角、裂纹深度的变化情况。因此,利用NOFRF值,可以有效地监测转子系统中多条裂纹故障。     

嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能研究

建立嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的有限元数值模拟模型,提出了用改进的应变能法分析该网格结构的阻尼特性;通过对比所得模拟数据与实验结果,表明该模拟方法的有效性,再用验证了的模型和方法分别研究了不同几何参数对整体结构模态损耗因子和频率的影响,相关结论对嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能理论预估具有重要指导意义。     

基于小波特征尺度熵-隐半马尔可夫模型的设备退化状态识别方法及应用

机械设备从正常到故障往往经历一系列退化状态，正确识别设备当前所处的退化状态，对预防设备进一步退化和故障的发生具有重要意义。提出了一种基于小波特征尺度熵一隐半马尔可夫模型(HSMM)的设备退化状态识别新方法。通过小波变换提取小波特征尺度熵，然后构造信号的小波特征尺度熵向量，并以此作为HSMM的输入进行训练，建立基于HSMM的机械设备运行状态分类器，从而实现设备退化状态的识别。并且以滚动轴承为例，对正常和几种故障程度不同的滚动体运行状态进行了识别，实验结果表明该方法能有效的识别设备的退化状态。     

基于冲击响应谱特征提取的自动机裂纹故障诊断

针对武器自动机在动作过程中,机构相互碰撞产生的冲击振动信号,提出计算冲击振动信号的冲击响应谱,并提取冲击响应谱特征值,进而开展自动机部件裂纹故障识别的新方法。开展不同裂纹部件的射击试验,采集正常及故障条件下自动机部件碰撞冲击信号,并根据运动过程进行分离;计算分离后冲击信号最大冲击响应谱,根据冲击响应谱不同区域的冲击响应特征参数,提出冲击响应谱相对峰值比和相对峰值频率比的定义,并将相对峰值比、相对峰值频率比作为故障特征值进行提取;在不同裂纹故障条件下,对比故障特征值统计分布形态,完成不同故障条件的识别试验。试验结果表明,冲击响应谱特性提取可以准确有效地诊断自动机裂纹故障,是一种可以用来在线监测的新方法。     

基于诊断矩阵的旋翼状态监测方法

提出了一种基于诊断矩阵的故障检测和隔离方法，开发了旋翼健康监测软件的系统框架。通过故障模型和旋翼系统定量模型的仿真，建立了旋翼的诊断矩阵，利用诊断矩阵中征兆与故障间的依赖关系，提出了一种利用虚拟征兆传感器识别系统冲突集的方法，研究了通过布尔方程求解系统诊断集的算法。该方法具有多故障实时诊断能力，适用于复杂系统的综合健康监测。     

小波故障检测在脉冲星组合导航中的应用

为提高基于X射线脉冲星的组合导航系统容错能力,利用小波分析方法进行故障检测,以保证组合导航系统的精度和可靠性。笔者采用X射线脉冲星导航、天文导航和紫外敏感器导航构建组合导航系统,运用小波分析技术对传感器输出信号进行故障诊断,并进行故障隔离和系统重构,最后采用联邦式滤波器进行信息融合,并以火星探测任务为例进行了数学仿真。实验结果表明：该方法能够有效检测相关传感器故障,解决了X射线脉冲星组合导航系统因故障导致的导航结果变差问题,且具有较高的导航精度,提高了脉冲星组合导航系统的容错性能和工程实用价值。     

基于注意力机制与深度学习算法的机床主轴系统故障辨识

针对具有复杂非线性特点的数控机床主轴系统整体动态退化故障较难辨识及故障研究难度大的问题,从数据分析入手,提出一种基于注意力机制与深度学习算法的智能化故障辨识方法,研究机床主轴系统的整体故障辨识问题。该方法设计了注意力机制的研究框架,将研究问题分为全局纵向大分类区间和局部横向细粒度区间两个维度：采用训练并调优后推理平均绝对误差达到0.028 7的门控循环单元模型,辨识出大分类区间的全局性退化故障;采用鲁棒性强且辨识准确率达99.7%的残差网络模型,在sym8小波基自适应软阈值降噪的基础上对局部细粒度区间故障进行准确细节辨识。结果表明：该方法可量化地辨识出主轴系统的整体故障;所提注意力机制可使大分类区间无法准确辨识的故障在细粒度区间得到有效区分,类内数据增长梯度由6.6%增加到43.8%;通过对机床主轴系统实际使用中在空载状态下遇到的不对中和局部共振等典型故障,以及在负载加工状态下故障的辨识研究,验证了所提方法的有效性与准确性。     

栅格翼翼身组合体超声速滚转阻尼特性

为了研究栅格翼翼身组合体超声速的滚转阻尼特性,采用求解定常状态N-S方程的方法,对超声速阶段栅格翼翼身组合体在有攻角时的滚转阻尼特性进行了数值研究,并且与平板翼翼身组合体的滚转阻尼特性进行了比较.对平板翼翼身组合体的数值模拟结果与实验值的误差较小,该方法可作为研究复杂翼身组合体滚转阻尼特性的数值计算方法.计算结果显示在所研究的攻角范围内,栅格翼翼身组合体的滚转阻尼导数随马赫数的增加出现2次转折,Ma=2.5时出现严重的气流壅塞现象;滚转阻尼导数随攻角的增大而减小,背风面栅格翼受组合体分离流的影响较大.     

基于故障树和规则的火控系统故障诊断专家系统

为提高坦克火控系统火力射击的精度,提出一种基于故障树和规则的坦克火控系统故障诊断专家系统。 根据系统自身特点及相关专业知识建立故障树,结合坦克火控故障诊断专家系统构造原则,采用反向推理策略结合 深度优先搜索的方法,通过故障树定性定量分析各部件对坦克火控系统性能的影响,给出故障树转化规则,得出应 用改进的反向推理策略。研究结果表明：该方法提高了搜索效率,可为其他火控系统故障诊断提供借鉴。     

基于小波辅助的GPS/SINS 组合导航系统故障检测与信息融合算法

针对GPS/SINS组合导航系统可能出现故障的问题,提出一种基于小波辅助的组合导航系统故障检测与信息融合算法。将卡尔曼滤波器的估计误差进行相应的多小波故障检测分析,在较短时间内发现故障点进而降低虚警概率;若GPS发生软故障,利用改进的自适应算法进行信息融合,进而保证系统的滤波精度、容错能力和可靠性。仿真结果验证了该方法的有效性。