基于VMD降噪和CNN的轴承故障诊断

针对轴承运行环境复杂且振动信号具有非稳定性，受噪声影响较大，难以提取有效故障特征并准确诊断问题，提出一种改进变分模态分解降噪和卷积神经网络的智能诊断方法。首先利用排列熵阈值法确定VMD分解层数，对分解出的本征模态分量按照峭度准则和互相关准则重构，然后将降噪后的信号作为特征向量输入到CNN模型中训练，利用训练后的模型实现未知故障的诊断。试验结果表明，提出的方法能快速的对轴承进行故障诊断，并具有较高的准确率。     

一种面向航空结构的具有穿透能力的无线节点

针对结构健康监测中应用的无线节点结构穿透能力差的问题,提出了一种面向航空结构的具有穿透能力的433 MHz无线节点的设计方法。给出了节点的详细硬件设计及通讯协议设计方法,实验对比了所设计节点和常规应变测试系统的应变测试结果,验证了节点设计方法的正确性。在封闭飞机机翼盒段内部布置节点,实验对比了所设计节点和基于2.4GHz的Telosb节点的通信丢包率。结果表明,所设计节点的结构穿透能力强于Telosb节点。功耗测试结果也表明,所设计节点的功耗小于Telosb节点。     

基于压电超声相控阵方法的结构多损伤监测

基于超声相控阵的主动结构健康监测是飞行器结构健康监测领域一个新的发展方向,也是当前研究的难点之一,超声相控阵结构健康监测在国内还处于起步阶段。在已有应用超声相控阵技术对单损伤定位的基础上,进一步研究飞行器结构中多损伤的监测。通过控制信号的延时,进而控制波束指向,实现对结构的多方位、多损伤扫描。在铝板上进行了实验研究,通过对比不同角度延时前后的损伤散射信号及其合成信号,验证了超声相控阵对多损伤信号的延时叠加能够有效地提高多损伤信号的能量,同时减少非损伤处的能量,从而增强了信号的信噪比,并且对多损伤识别具有较高精度     

低频超声透皮给药过程流场影响分析

针对低频超声透皮给药过程中声场和流场的促渗机理问题,基于压电方程、声压方程以及湍流k-ε模型,利用COMSOL有限元软件建立了其声-压电-流耦合仿真计算模型。通过理论分析和Franz体外透皮实验分别获得了给药系统中的声场与流场的大小及分布,以及体外实验的超声促渗后的渗透量。仿真计算与实验结果表明:离体皮肤在超声作用下渗透量更大,皮肤上产生更多褶皱与空化穴,这说明存在空化效应与交变载荷,而后者可能是流场流动或涡流引起的;药液中流场沿超声换能器的辐射面下方流动到辐射面侧面,形成搅拌作用,且辐射面正下方的流速最大,当输入电功率为5.5 W时,可达0.55m/s,皮肤上方伴有较强涡流;流场在超声促渗中起搅拌与扩张皮肤通道的作用,对促渗起辅助作用。     

超声电机启动瞬态的电参量测试

针对当前超声电机电参量的测试方法无法表征其启动瞬态电参量变化规律的问题,提出一种用于超声电机启动瞬态电参量测试的方法。基于加窗的短时傅里叶变换,对超声电机的驱动电压和驱动电流信号进行时频分析处理,得到超声电机启动瞬态下电流电压信号对应的频谱。利用单峰谱线插值法对信号的频谱进行插值修正,得到信号精确的幅值、频率和相位信息,并进一步计算得到阻抗、阻抗角等电参量信息。通过对仿真信号进行处理分析,验证该方法在启动瞬时电参量计算方面的准确性。搭建超声电机瞬态测试平台并对PMR-60/E型超声电机进行测试。结果表明,该方法能够揭示超声电机启动瞬态电参量在电机启动过程中的变化规律,可用于评估超声电机的振动响应特性,同时为超声电机等效电路模型的建立及驱动电路的设计提供重要信息。     

耦合Helmholtz共振消声器的设计及参数分析

基于传统Helmholtz共振消声器提出了一种机械耦合式共振消声器结构,以改善传统共振消声器的声学性能。该消声器的共振腔中内置附加有质量块的柔性板结构,将共振腔分隔为上下2部分腔体。入射的声波激励起柔性板结构的振动,与上下腔体相互耦合形成新的2自由度系统,从而将传统Helmholtz共振器的共振峰一分为二。基于理论分析柔性板附加质量块,以使其振动特性更具有可调性。同时,借助有限元软件分析其结构参数对消声器声学特性的影响规律,并通过实验验证结构的有效性。     

电流变夹层的半主动振动控制

针对电流变夹层,利用相平面轨迹法分析开关变刚度控制系统的动力学特性,按照李亚普诺夫稳定性理论证实控制系统的稳定性。运用模糊控制理论建立电流变夹层的有限元仿真模型。仿真结论表明,简单变刚度和模糊变刚度控制都能大幅抑制被控结构的振动。两种半主动控制应用到夹层梁振动控制是有效和可行的。     

贴附型局域共振声子晶体双层板的带隙特性

针对板面之间周期性贴附柱状散射体的局域共振声子晶体双层板结构,采用有限元法计算了该结构能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期双层板结构的传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。数值结果和分析表明,当激励点和响应点位于上下异侧板时,一条起始频率低并且带隙宽的完全带隙可以被打开。该带隙的打开可以认为是共振单元的振动模态和上下板的板振动模态相互耦合作用的结果。同时,由双板间空气声腔所带来的声振耦合效应对带隙的影响可以忽略不计。此外,双层板结构展现出许多相应单板结构共同的带隙特性,但其拥有单板所无法比拟的宽带隙特性。通过改变结构相关参数,可以实现对带隙的有效调节。     

基于杆式直线超声电机的微量注射系统

为解决传统步进电机式注射泵尺寸较大且精度不高的问题,采用杆式直线超声电机作为注射系统的驱动元件,并通过调整驱动信号的电压和占空因数对流量进行控制。电机总体尺寸仅为4mm×4mm×15mm,弥补了传统微量注射泵体积过大的缺陷,满足便携式注射泵的需求。在实验中通过调控电压和占空因数,可以精确地控制超声电机注射系统的流速。在没有外加减速机构的情况下,当驱动电压峰峰值为300V、占空因数为100%时,系统流速为61.87μL/s;当驱动电压为200V、占空因数为1%时,超声电机注射系统流速为0.01μL/s,精度高于传统步进电机注射泵的最低流量0.028μL/s。说明杆式直线超声电机注射系统可以通过调整占空因数对流速进行有效的控制,并且在保持性能的前提下,使整体尺寸大幅减小,达到轻便易携的目的。     

主动式自调谐吸振器在浮筏隔振系统中的应用

以带有主动式自调谐吸振器的浮筏隔振系统为研究对象,运用子结构导纳矩阵法建立混合激励下有、无吸振器的系统动力学模型,并给出系统的功率流表达式。以传递到基础的功率流为代价函数,对比研究单频激励作用下不同主动控制策略的控制效果。仿真结果表明,总功率流最小化控制策略的控制效果最为理想,可以实现较宽频带下振动控制。轴向力最小化控制策略在低频段具有良好的控制效果,而轴向速度最小化控制策略在中频段的控制效果较佳。最后,采用总功率流最小化控制策略,验证多频激励作用下主动式自调谐吸振器的减振效果。