遗传算法优化稀疏分解的齿轮箱故障诊断研究

齿轮箱传动结构复杂,其出现故障时的振动信号往往含有强噪声。在强噪声背景下微弱信号的特征提取是振动信号处理领域的难题。稀疏分解方法能够自适应地提取强噪声背景下的微弱信号特征,但其在寻找最优匹配原子时计算量特别大。为加快匹配最优原子的速度,提出利用遗传算法优化匹配追踪的信号稀疏分解算法,优化后的算法大大降低了匹配追踪算法中寻找最优原子参数的计算量。齿轮故障振动信号的主要特征是调制现象,通过稀疏分解对含有噪声的信号进行降噪,然后进行频域分析,根据频域分析结果实现齿轮的故障诊断。对仿真的齿轮调制振动信号和实际采集的齿轮箱振动信号分析表明,该方法能够从含有强噪声的振动信号中快速且准确地提取出故障特征频率。     

布里渊频移响应特性及其灵敏度调制方法研究

为研究基于布里渊光时域反射测量原理的分布式传感光纤在工程应用中的温度和应变交叉敏感问题,首先采用介质中声学声子非弹性光散射理论,建立了布里渊频移与光纤所受应变和温度的理论关系模型,并数值模拟了纤芯材料属性与内置调制膜层参数对光纤布里渊频移应变、温度灵敏度的影响,得到当纤芯折射率增大、纤芯泊松比减小或内置调制膜层与裸纤间隙增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均减小;而当纤芯折射率、纤芯弹性模量减小或内置调制膜层热膨胀系数增大时,布里渊频移应变和温度灵敏度均增大。在此基础上搭建了布里渊散射测量系统,并选择了同时具备温度增敏与应变减敏特性的内置调制膜层型分布式光纤进行验证试验,试验结果与仿真分析一致。     

流速扰动聚焦超声下纳米颗粒聚集的研究

为了将超声颗粒操纵技术应用于血管中纳米药物颗粒聚集,笔者针对液体流速因素的影响和纳米颗粒由于纳米效应存在的自发团聚现象,基于压电方程、声-结构边界耦合方程、动量方程,利用COMSOL有限元软件建立了流速扰动聚焦超声下颗粒聚集的理论计算模型。通过仿真计算和实验结果对比分析,得到了聚焦超声聚集纳米颗粒的原因、纳米颗粒团簇介入解释理论以及流速干扰情况下局部流速变化的影响规律,证明了封闭管道中液体里的纳米颗粒可以通过聚焦超声的方式聚集,且该超声在流速小于1.92 mm/s的情况下仍对纳米颗粒团簇具有一定束缚能力,为未来靶向药物治疗提供一个新的方法和途径。     

Lamb波波包混叠分离方法的结构损伤定位

基于Lamb波信号延时累加的结构损伤成像方法具有结果准确、计算量小等优点,然而在复杂的航空结构中,Lamb波非常容易产生反射,由于Lamb波频散效应,导致多个波包混叠,从而影响定位的准确性。针对这些问题,提出了一种频散波包的分离补偿方法。首先,理论分析并得到了带有频散效应的波包混叠和函数模型,提出了和函数的隐变量参数求解方法;其次,采用数值仿真验证了算法对于波包分离和重构的有效性;最后,通过飞机复合材料加筋壁板的损伤定位实验验证了波包分离法在复杂边界条件下去除反射波伪损伤投影和频散补偿的能力,提升了损伤定位的准确度和成像的分辨率。     

有色噪声激励下基于应变响应的频域拟合算法

提出了一种有色噪声激励下基于应变响应的工作模态参数识别方法。首先,从应变频响函数出发,将工作模态参数识别方法应用到有色激励下的应变响应信号,推导出仅利用应变响应的多自由度系统模态参数表达式;其次,对悬臂梁进行数值仿真,分析了模态识别误差并验证了该方法的有效性;最后,通过悬臂梁实验验证了在真实有色噪声环境中,该方法依然具有很高的识别精度。     

光纤光栅在超声结构健康监测中的应用与展望

使用光纤光栅探测包含损伤信息的高频、小能量超声导波,是结构健康监测的关键技术和重点发展方向之一。首先,阐述了光纤光栅探测超声的基本原理,介绍了同时满足高灵敏度和大带宽的相移光纤光栅,揭示了光栅监测的角度相关性以及安装技术;其次,介绍了宽带光源解调法与可调谐激光解调法,将高速的小幅布拉格波长漂移转换为电压输出;然后,介绍了光纤光栅在冲击监测、声发射监测、声-超声监测三个方面的应用,着重以航空航天复合材料健康监测为例,讨论了损伤判断、定位及分类等功能的实现;最后,对光纤光栅在超声结构健康监测中的应用进行了总结和展望。     

中空型超声电机定子的有效机电耦合系数分析

为了提高中空型超声电机的输出效率,对电机定子的有效机电耦合系数进行了研究分析。首先,利用等效电路法分析了电机定子的压电阻抗特性,确定了有效机电耦合系数的计算方法;其次,通过ANSYS软件对电机定子的压电阻抗特性进行了有限元仿真,分析了定子的振动模态、金属弹性体和压电陶瓷的结构尺寸对有效机电耦合系数的影响;然后,根据仿真结果设计制作了4个不同的定子,并利用阻抗分析仪对4个定子进行了测试,实测值与仿真值进行对比,相对误差均小于10%,获得的阻抗特性曲线和仿真结果相吻合;最后,将4个定子装配成样机,并搭建了电机性能测试平台进行实验测试,4个样机均获得了较好的输出性能。实验结果表明,提高定子的有效机电耦合系数能获得较低的功耗,进而提高电机的输出效率,具有较高的工程应用价值。     

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。     

基于响应面的三自由度超声电机定子设计优化

针对超声电机定子设计过程存在的定子设计模态与干扰模态分离不彻底、定子振动幅度小、定子振动时局部内应力较大等问题,提出了基于响应面模型的电机定子设计优化方法。首先,通过选取合适的定子设计尺寸作为变量,拉丁超立方抽样方法在设计空间内选取样本点;其次,对各样本点的组合得到的定子尺寸结构进行有限元分析,得到定子的模态和谐响应值从而建立定子的响应面模型;然后,利用遗传算法在响应面模型的基础上对定子进行优化;最后,使用有限元软件对优化前后的定子进行建模计算验证了优化结果的正确性。