耗能型屈曲约束支撑在结构设计中的合理应用与参数控制

针对耗能型屈曲约束支撑（BRB）在结构设计中遇到的突出问题开展理论和案例研究,讨论并整理了耗能型BRB在结构方案选型时主要考虑的因素和技术参数,对BRB屈服荷载与轴向刚度的合理匹配以及屈服变形与支撑长度的合理匹配进行分析,定义了两组参数匹配系数,并分别建议了合适的取值区间。通过案例分析了BRB屈服耗能可能对结构整体指标产生的不利影响,提出应在设计中评估设防地震及罕遇地震作用下结构可能产生的性能突变,不宜同时考虑BRB调整结构刚度和耗能双重作用的发挥,建议限制BRB在超过设防烈度地震作用以后再进入耗能阶段。通过附加阻尼比计算式的推导和参数分析,明确了BRB耗能效果的基本规律特征：附加阻尼比大小受结构自身和BRB参数双重影响,BRB分担的楼层地震剪力比例是主要影响参数,且随着地震作用的增大附加阻尼比并非一直增大,而是对应某一地震作用水平具有最大值。分析了BRB多遇地震耗能与大震变形控制问题,给出不同结构体系中保证支撑罕遇地震作用下使用安全的变形要求,并提出采用改进型BRB构造形式的建议,以满足在多遇地震耗能的同时保证罕遇地震作用下使用安全的特殊需求。研究结论为耗能型屈曲约束支撑在工程中的合理、高效应用提供理论参考。     

开菱形孔钢板剪力墙受力性能研究

为提高材料利用率与剪力墙的抗震性能,提出一种菱形孔平面钢板剪力墙,给出了简化分析模型,推导了钢板墙中蝶形带的承载力、柔度以及钢板墙整体初始弹性刚度的理论公式,并通过数值分析验证了理论公式的有效性。以开孔尺寸作为主要参数,对开孔钢板墙进行了非线性有限元模拟。结果表明：当开孔宽度适中时,开菱形孔钢板墙与带竖缝钢板墙的承载力相差较小;蝶形带存在三种平面内破坏模式,即弯曲、整体弯剪、局部剪切;当参数h/a、h/b、h/H、h/t（h为开孔高度,a为蝶形带中间截面宽度,b为开孔宽度,H为钢板高度,t为钢板厚度）分别减小时,承载力和弹性刚度都有不同程度的增大;h/a较大时,钢板剪力墙的滞回曲线较饱满,等效黏滞阻尼比较大;减小h/t会显著提高其承载力,但延性变差。     

基于奇异值和奇异向量的振动信号降噪方法

针对复杂的转子振动信号中同时存在随机噪声干扰和工频噪声干扰的问题,提出了基于奇异值和奇异向量相结合的降噪方法。首先,对振动信号进行奇异值分解(singular value decomposition,简称SVD),根据奇异值谱确定振动信号有效奇异值阶次;其次,对有效阶次范围内的奇异向量进行快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT),依据幅值谱筛选出对应于工频噪声的奇异向量;最后,利用其余的奇异值和奇异向量进行重构得到降噪的时域信号。通过仿真信号和工程试验信号对该方法进行了验证,结果表明,基于奇异值和奇异向量相结合的降噪方法,不但能有效降低振动信号中的随机噪声干扰,还能有效降低工频噪声干扰,同常用的陷波器方法相比所提出方法具有明显优势。     

双柔铰导向式非共振压电直线电机

光波导封装等领域对拥有大行程、高精度以及高分辨率的微位移平台有大量需求,在研究微位移平台的过程中设计了一种双铰链导向式非共振压电直线电机。简述了电机的工作原理,完成了电机的结构设计,制作出电机的样机并完成相关的实验,实验设备主要有信号发生器、功率放大器、示波器和激光位移传感器等。实验表明,电机最大速度达到10.36mm/s,分辨率达到0.3μm,理论最大输出推力达到8.33N,电机设计达到预期目的。     

二阶系统普通变尺度随机共振及轴承故障诊断

针对传统随机共振方法难以实现系统最优输出的问题,提出了基于二阶欠阻尼和一阶过阻尼双稳态系统的普通变尺度随机共振方法,利用量子粒子群优化算法实现了自适应随机共振,提高了轴承故障诊断效率。基于数值模拟讨论了时间尺度、阻尼因子、噪声强度和系统参数对输出信噪比的影响。应用提出的方法对两组轴承故障振动信号进行了分析。结果表明,二阶欠阻尼系统普通变尺度自适应随机共振对微弱故障信号的检测效果优于一阶过阻尼系统普通变尺度自适应随机共振,且二阶欠阻尼系统对噪声的抑制和利用能力更强,故障频率处的幅值明显增大,提高了输出信噪比,在轴承故障诊断应用中具有优越性。     

基于角域AR模型滤波的滚动轴承故障诊断

在齿轮噪源存在的变转速滚动轴承故障诊断过程中,因混合信号中转频分量相对较小,使得基于时频表达的阶比跟踪技术受到限制。虽然基于故障特征频率的角域重采样能提取轴承的故障特征,但这种算法不能确定故障位置,而且可能会出现误判。针对这一问题,提出了基于角域自回归(auto regressive,简称AR)模型滤波的处理方法。该方法利用线调频小波路径追踪算法从降采样处理的混合信号中提取齿轮瞬时啮合频率趋势线并估计转速,根据估计转速信息对原混合信号进行等角度重采样,获得了角域信号。利用角域信号中齿轮啮合振动成分具有周期性的特点,使用AR模型对其滤波,并且对滤波后信号进行包络阶比分析,完成故障判断。通过处理仿真信号和实验信号,验证了该方法不仅能有效地去除齿轮噪声,并且可以判断轴承故障位置。     

下肢康复机器人肌电感知与人机交互控制方法

下肢康复机器人以其诸多的优势而逐步取代传统的康复治疗手段。在论述下肢康复机器人及其人机交互控制方法研究现状的基础上,针对下肢康复机器人对患者运动意图与运动能力感知的双重需求,提出了一种基于表面肌电信号的受试者运动状态的精密感知方法,包括表面肌电快速识别人体步态事件、表面肌电连续解码人体下肢关节运动角度,以及表面肌电定量预测人体下肢主动关节力矩。为了实现患者自主引导和下肢康复机器人按需辅助训练,深入讨论分析了下肢康复机器人的系统设计和基于表面肌电精细感知的人机交互控制方法。最后,展望了下肢康复机器人的未来研究方向与内容。     

煤矿机械工作状态监测系统研究

煤炭是当今社会的一种重要化石能源,煤机械设备是煤矿企业实现机械化的核心装备,对其工作状态进行监测具有重要的经济价值和安全需求。笔者综述了煤矿机械设备的主要故障类型、产生的原因以及故障的表现形式,根据信号采集时煤机设备是否需要停机以及故障诊断的时效性,总结了机械故障诊断的方法及其特点;分析了不同类型无线网络传输技术、不同种类微能源技术的特点及其在煤矿中应用的可行性;同时,针对当前煤矿机械工作状态监测系统的不足,提出了基于微能源技术实现煤矿机械设备工作状态信息采集与发送系统自供电,结合Zigbee无线网络传输和通用分组无线服务技术(general packet ratio service,简称GPRS)通信方式实现煤矿机械设备工作状态监测系统自动化在线监测的发展方向。     

基于变模式分解的爆震特征识别方法

基于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)算法因递归分解模式所造成的固有缺陷,将使用变分原理进行分解的变模式分解(variational mode decomposition,简称VMD)算法引入到爆震识别领域,发现VMD算法对比EMD算法有较高的计算效率与准确性,而且表现出了较好的鲁棒性,更加适合于在混有强烈背景噪声的缸盖振动信号中提取爆震特征。在此基础上,针对VMD算法分解层数需要手动选择的缺点,利用各阶分量的中心频率之差,提出了一种可以自适应选择VMD分解层数的方法。这种方法的思路为利用VMD算法对信号从一个较小的层数开始进行分解,逐个增加分解层数,直至各阶分量中心频率差值满足预先设定的阈值为止,即可得到最佳分解结果。经实验数据验证与对比,结果显示了这种方法的优越性。     

基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析

预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题,应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响,精度更高,但计算繁琐,且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法,该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段,考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加,得到修正的振动疲劳寿命结果,通过简单试验件试验验证了该方法的准确性,对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算,结果证明了方法的有效性和工程可用性。