悬架系统振动特性的非平稳虚拟激励法研究

传统时频分析法在分析悬架系统非平稳随机振动时难以同时提高时频分辨率，无法精确分析其时频特性。针对非平稳虚拟激励法的关键问题，构造了一种新型非均匀调制函数，以提高悬架系统垂向振动特性的分析精度。利用该非均匀调制函数，建立车辆单轮非平稳虚拟激励通用模型；基于协方差等效法，解决前后轮变时差问题；建立1/2车辆动力学模型，求得车辆垂向加速度演变功率谱，获得高分辨率时频分布。仿真分析了匀速和变速两种行驶工况下悬架振动特性，并经过整车试验验证得到结论：车辆非平稳行驶时，速度的增加将扩大共振区范围。该特性可为提高车辆行驶平顺性提供理论参考。     

悬臂梁结构单点非高斯激励动态位移响应分析

针对非高斯随机载荷的复杂性,研究了悬臂梁结构在单点非高斯激励下的位移响应问题。通过定性分析非高斯随机载荷的统计特性和频谱特征指出基于功率谱的频域方法对于非高斯过程不完全适用,并进一步说明基于高阶谱的分析方法很难展开应用。通过理论研究建立了悬臂梁结构时域非高斯激励位移响应计算公式,并确定了影响结构位移响应峭度值的不同因素。通过仿真计算具体分析了激励位置、平稳性和阻尼比对结构位移响应非高斯性的影响。     

汽车非平稳随机振动的研究

本文讨论了五自由度汽车模型对非平稳随机激励的响应.为了对汽车非平稳随机振动进行演变谱分析,本文采用“协方差等效”建模,把“调频结构”的非平稳过程变换成为“调幅结构”的平稳随机过程.     

Hilbert低通滤波器特性分析及改进数值计算方法

针对基于Hilbert变换的零相位低通滤波器数值计算中,时域离散化带来的频域周期化影响了其低通特性的问题,提出了相应的改进方法。通过证明Hilbert低通滤波器时域解析表达式的频率响应特性,指出离散Hilbert低通滤波器的频响特性混叠了π两侧倒相的频率成分,并根据频响特性图的特征采用两级滤波结构对数值计算方法做出了改进。理论证明了改进后的滤波器能数值实现零相位低通滤波,并通过调幅信号以及调幅-调频信号的仿真算例进行了验证。应变实测信号处理实例表明,改进后滤波器能剔除动应变信号中低频的温度效应成分的影响,适合非平稳信号分析的预处理。     

脉冲进给系统的高平稳运动控制

数控系统插补产生的驱动脉冲序列特性直接影响到脉冲进给系统的运动平稳性。通过理论分析、建模仿真和试验验证系统研究脉冲进给系统的运动平稳性问题及其控制对策。在建立插补输出模型的基础上,从时域和频域剖析了其平稳性问题的本质;根据所揭示的精度、效率和平稳性之间的制约关系给出传统模式下实现平稳运动控制的途径;并从改变插补周期及多轴联动方式入手,突破传统数控的插补控制模式,提出全新的高平稳运动控制方案——随机周期独立轴自适应插补控制。大量的时域和频域仿真及实际加工试验验证所提算法的有效性。为改善数控设备的运动平稳性提供了理论依据和全新途径。     

基于时频分析的线性调频信号检测

目前经典信号处理技术即时域和频域分析方法,已不能满足信号检测的需要,时频联合的分析方法逐渐成为分析很多信号的强有力工具,尤其是处理频谱随时间变化的非平稳信号,例如处理线性调频信号(LFM).本文对LFM信号的时域特性和时频联合特性进行比较,将模糊度函数分析方法引入到非平稳信号分析中来,并通过对实际雷达信号的检测,来说明LFM信号采用时频分析的优越性.     

机械密封焊接金属波纹管随机振动响应及优化分析*

针对焊接式金属波纹管在工作中出现的随机振动问题,运用虚拟激励法理论,采用MATLAB编程得到波纹管在随机激励下轴向和径向时域下的信号;将时域信号利用快速傅里叶变换得到频域信号,并导入Workbench软件中进行随机振动分析;同时对波纹管的危险结构尺寸(波片厚度、焊箍半径和最小弯曲半径)进行响应面优化分析。结果表明:波纹管在受外界随机激励下的频率介于固有频率一阶和三阶之间;波纹管轴向最大响应变形发生在镶嵌静环的一端即自由端,径向最大响应变形发生在靠近波纹管的固定端的波片弧度较大处,随机激励时等效应力集中在靠近焊箍侧,这些位置在工作过程中最容易损坏,与实际工作中的破坏位置相吻合。通过响应面优化分析和自适应多目标优化,得到一组优化关键材料参数,使得波纹管的振动性能得到较大改善,降低了波纹管的损坏率,为焊接金属波纹管的结构参数设计提供理论参考。     

基于改进希尔伯特-黄变换的发动机敲缸异响故障研究

针对发动机敲缸故障信号非平稳性并伴随强烈环境噪声的特点,提出基于改进希尔伯特-黄变换的故障诊断方法。该方法以发动机敲缸声音故障信号为研究对象,首先采用快速独立分量分析法将环境噪声等影响诊断准确性的因素从所采信号中分离,再利用总体平均经验模态分解和希尔伯特变换求出信号希尔伯特谱和边际谱,结合时域和频域特征进行故障诊断。通过仿真实验验证了所提方法的有效性,同时,实际试验证明:通过改进希尔伯特-黄变换方法所获得的希尔伯特谱和边际谱能够清晰呈现故障信号时域和频域内的细微特性,为该类故障的诊断提供了一种切实可行的方法。     

一种新的复杂网络建模和特征提取方法及应用

现有复杂网络应用于故障诊断时,通常基于时域信息出发建模,造成信号频域特征缺失,并且提取的网络拓扑特性过于宏观,对网络内部的局部变化不敏感。相比于宏观特征,局部特征往往蕴含更为丰富的信息,能更准确地表征网络模型。针对此问题,提出一种基于频域复杂网络分解的局部特征提取新方法,该方法借助复杂网络的结构特性来获取信号在频域的变化规律,采用对网络局部变化敏感的微观特性表征整个网络模型,不受机理的限制,应用灵活。采用滚动轴承不同故障的数据进行验证,并与常规复杂网络拓扑特征和时域统计参数进行对比分析,结果表明,本研究方法及提取的特征可分性好,对故障识别正确率达99%,可满足滚动轴承故障诊断的需求,同时对其他非平稳信号处理及识别有一定的借鉴意义。     

基于LabVIEW的旋转机械计算阶次跟踪系统开发

转子系统的升降速过程包含了丰富的状态信息,一些在平稳运行时不易反映的故障征兆可能会充分地表现出来。因此,旋转机械的升降速过程中的振动信息对于旋转机械的状态监测及故障诊断具有独特的价值。转子系统的升降速过程是一种非平稳过程,其振动信号在时域和频域变化非常复杂,不满足傅里叶变换对信号的平稳性要求。基于傅里叶的传统谱分析方法无法有效地提取和分析该阶段的信息,而计算阶次跟踪技术的出现很好地解决了这一问题,基于LabVIEW开发了一套全新的旋转机械计算阶次跟踪系统。     

A modified random decrement technique for modal identification from nonstationary ambient response data only

Modal identification is considered from response data of structural system under nonstationary ambient vibration. In a previous paper, we showed that by assuming the ambient excitation to be nonstationary white noise in the form of a product model, the nonstationary response signals can be converted into free-vibration data via the correlation technique. In the present paper, if the ambient excitation can be modeled as a nonstationary white noise in the form of a product model, then the nonstationary cross random decrement signatures of structural response evaluated at any fixed time instant are shown theoretically to be proportional to the nonstationary cross-correlation functions. The practical problem of insufficient data samples available for evaluating nonstationary random decrement signatures can be approximately resolved by first extracting the amplitude-modulating function from the response and then transforming the nonstationary responses into stationary ones. Modal-parameter identification can then be performed using the Ibrahim time-domain technique, which is effective at identifying closely spaced modes. The theory proposed can be further extended by using the filtering concept to cover the case of nonstationary color excitations. Numerical simulations confirm the validity of the proposed method for identification of modal parameters from nonstationary ambient response data.     

大型索网反射面天线空间动力学分析

大型可展开索网反射面天线是目前较为理想的天线结构形式。由于其自身的结构特点以及复杂的空间环境因素,天线在运行时易产生大幅度振动变形,严重影响卫星的稳定运行。文中以某星载大型可展开索网反射面天线为切入点,对其进行了空间动力学分析。针对天线与中心刚体之间的多体动力学刚–柔耦合问题,首先根据模型分析参数建立了卫星–天线–太阳翼的星体系统模型,然后对该多体动力学模型系统进行了模态分析和瞬态动力学响应分析,从频域和时域上分析其振动特性,并分析了天线网面的形面精度随时间的变化规律。     

车体垂弯振型节点位置对其弹性振动的影响

根据车体的结构属性和质量分布将其考虑为多段变截面欧拉梁，建立包含车体一阶垂弯模态的车辆垂向动力学模型，研究车体一阶垂弯振型的节点位置对高速列车振动舒适度的影响，提出改善车体弹性振动的措施。基于变截面欧拉梁模型分析车体各截面的质量和抗弯刚度分布对模态振型的影响，发现不同截面之间的抗弯刚度和质量分布对整体模态振型影响显著，提高车体中部结构的抗弯刚度并减小其质量，可以增大节点间距和提高模态频率，而传统均直等截面梁模型则不能准确描述振型的幅值和节点位置。采用频域分析方法计算车辆在轨道随机激励下的振动响应，将车体垂弯振型节点调整到转向架二系上方附近时，车体的弹性振动水平显著降低，在车速为300 km/h时车辆舒适度指标可降低50%。     

Response-only modal identification using random decrement algorithm with time-varying threshold level

Modal Identification from response data only is studied for structural systems under nonstationary ambient vibration. The topic of this paper is the estimation of modal parameters from nonstationary ambient vibration data by applying the random decrement algorithm with time-varying threshold level. In the conventional random decrement algorithm, the threshold level for evaluating randomdec signatures is defined as the standard deviation value of response data of the reference channel. The distortion of randomdec signatures may be, however, induced by the error involved in noise from the original response data in practice. To improve the accuracy of identification, a modification of the sampling procedure in random decrement algorithm is proposed for modal-parameter identification from the nonstationary ambient response data. The time-varying threshold level is presented for the acquisition of available sample time history to perform averaging analysis, and defined as the temporal root-mean-square function of structural response, which can appropriately describe a wide variety of nonstationary behaviors in reality, such as the time-varying amplitude (variance) of a nonstationary process in a seismic record. Numerical simulations confirm the validity and robustness of the proposed modal-identification method from nonstationary ambient response data under noisy conditions.     

基于S变换的热连轧机耦合振动特征提取

提出一种基于短时傅里叶变换的自适应频域滤波方法,将噪声信号与振动特征成功地分离。根据短时傅里叶变换和功率法设定的阀值,自动捕捉了振动信号在不同时间段的优势频率。对振动信号、压下液压缸压力信号和伺服阀给定信号做短时傅里叶变换后,热连轧机振动被诊断为液机耦合振动。利用离散小波变换和S变换相结合的方法对轧机振动信号进行分析,确定轧机起振的时间为液压压下系统的投入时间,证明了热连轧机存在液机耦合振动现象。     

超大口径天线结构的风振响应

为明确大型天线结构风振响应特性,以待建的110m全可动天线为研究平台,对其展开各迎风姿态下的风荷载特性分析。根据刚性模型风洞试验结果,探讨了反射面平均风压分布规律及最不利风向角。在此基础上,采用基于随机振动理论的非线性时程分析法进一步对结构的风致动力响应展开研究,总结了风振响应特性。结果表明,该结构自振频率分布密集,结构较柔,其风振响应是一个窄带过程,振动能量随着俯仰角的增大而逐渐提高,且高阶振型逐渐对风致振动有所贡献。该成果可为天线结构抗风设计提供较为全面的荷载取值参考。     

固定石油平台冰激振动的时域与频域响应

从时域和频域两个方面考察了海洋石油固定平台的冰激位移响应,分析了冰的特性,冰力方向和平台结构型式三者与冰激位移响应的关系,得到冰的破碎频率和平台固有频率是决定结构振动程度的两个主要因素这一重要结构,为平台抗冰和结构设计提供了有力的计算依据。     

新型结晶器非正弦振动系统弹性振动响应的研究

针对开发的逆平行四连杆驱动的串接式全板簧结晶器非正弦振动系统,利用集中参数法建立该系统扭振与线振相耦合的动力学模型,并推导其运动微分方程。采用谐波平衡法求出系统的弹性振动响应,时域分析结果表明,在某些工作频率下结晶器运动规律产生畸变,系统发生剧烈弹性振动。频域方面,由FFT分析得出系统发生共振是结晶器运动规律产生畸变的原因,其本质是弹性振动响应的频谱中谐波明显增多,谐波幅值大幅增加。在此基础上分析系统各类激励对弹性振动的影响,结果表明,具有多频性的内激励是系统共振的决定因素,决定了共振的频率,而外激励只影响共振峰值的大小。这些结论为该振动系统的进一步应用及结晶器非正弦振动系统的平稳性研究提供了理论依据。     

相似理论和模型试验的结构动响应分析运用

主要讨论了相似理论在结构动力学模型试验中的实际应用问题,目的在于研究如何通过相似理论和缩比模型试验的结果准确预估实际结构的动力学特性。首先,在考虑实际工程试验条件前提下,给定几何参数和物理参数的相似比数,根据相似理论和有限元法推导出非等比缩放的缩比模型和实际模型之间固有振动、频域响应和时域响应之间的相似性关系;然后,通过薄板结构的振动试验来验证这种相似关系的准确性和工程应用价值。通过理论推导和试验证明,根据缩比模型动力学试验结果,运用所推导的动力学相似关系可以准确预估实际结构的动力学特性。