信号的小波尺度-频率表示及其在机械故障诊断中的应用

基于对信号的连续小波变换特点的分析，提出信号特征的小波尺度一频率表示方法。该方法对污染的脉冲信号和正弦信号的应用结果表明该方法能有效提取强噪声背景下的周期成分。以变速器齿轮的故障诊断为例，用该方法对变速箱齿轮振动信号的尺度-频率表示进行分析，结果表明该方法能非常有效地将不同磨损状况的齿轮振动信号的特征表现出来。     

强度和梯度稀疏约束下的图像平滑

目的 为了在图像平滑过程中达到更好地保留边缘去除细节效果,提出一种以像素强度和梯度的稀疏特性为双重约束的图像平滑算法。方法 该算法首先构造一个像素强度和梯度的0-范数函数,作为平滑模型的约束项;然后采用半二次变量分裂法引入辅助变量,构造最终的较易求解的平滑模型;最后利用交替最小化算法求解该模型,并在傅里叶频域内求解平滑图像的解析解,以加快算法的运行速度。结果 在自然图像上进行的平滑实验并与其他算法对比表明,本文的算法时间仅需3.42 s,比双边滤波算法快7.85 s,能够较好地满足图像平滑保留边缘去除细节的要求以及计算效率的要求。结论 本文以强度和梯度的稀疏特性为约束的图像平滑算法能够较好地去除图像中不重要的细节,保留图像的边缘特征,较好地实现了图像的平滑效果,适用于含有复杂背景噪声的图像平滑去噪及边界增强。     

自适应变分模式提取的轴承故障诊断方法

变分模式提取(variational mode extraction, VME)能够从复杂信号中提取特定的模式分量,但其在轴承故障诊断中的应用潜力受到初始中心频率和平衡参数的影响。因此,为了克服VME在轴承故障诊断应用中超参数的设置问题,深入探究VME模型中心频率迭代更新过程,发现中心频率收敛趋势现象并通过理论证明其存在性,由此提出中心频率定位策略,可自适应地确定目标中心频率。为了最大化匹配故障信息,构造基于故障特征幅值比的平衡参数优化策略,能够优化目标分量的带宽。以上中心频率定位策略和平衡参数优化策略,构成自适应变分模式提取的故障诊断方法,该方法能够在无需预设初始中心频率及平衡参数的情况下自适应提取故障相关分量。仿真和两个试验案例分析结果验证所提方法在轴承故障诊断领域相比于连续变分模式分解、经验模式分解和快速谱峭度方法更具有效性和优越性。     

经验模态分解方法的小波消失现象

在分析经验模态分解（EMD）算法的基础上，通过提取叠加在正弦信号中的瞬态微小波形成分发现EMD分析方法的小波消失现象。以正弦信号中的微小信号的提取为分析对象，根据EMD算法的特点，推出正弦信号中的微小波形提取时的小波消失条件。通过改变微小波形的时间中心相对于正弦信号的位置提取正弦信号中叠加的微小波形，验证了小波消失条件的正确性。EMD分解方法的小波消失现象的分析丰富了EMD分解方法的适用性研究。     

基于小波基稀疏信号特征提取的轴承故障诊断EI北大核心CSCD

轴承弱故障振动信号中的瞬态成分极易被强背景噪声湮没而无法及时检测,结合稀疏表示原理提出一种基于小波基的稀疏信号特征提取方法,从而实现信号中瞬态特征成分的提取。通过构建原始信号瞬态成分稀疏表示模型,对原始信号采用相关滤波法获取最优小波原子,并构建最优冗余小波基底,实现小波基与信号故障特征的最优匹配;设计二次严格凸函数并运用优化最小(Majorization Minimization,MM)算法求解模型中的目标函数,将信号中的瞬态冲击成分转化为稀疏表示系数,实现强背景噪声下弱特征的有效提取。仿真信号及轴承微弱故障试验验证了该方法能有效地检测和提取强背景噪声下的微弱瞬态成分。     

爆炸载荷下空孔缺陷与爆生裂纹扩展行为研究

空孔在岩石巷道直眼掏槽爆破中具有重要作用,为研究空孔及其缺陷在爆炸荷载作用下的扩展行为和作用机理,以PMMA代替岩石材料,利用预制裂纹代替空孔缺陷,借助动态焦散线系统和理论分析为手段,研究不同间距下空孔、空孔处预制裂纹、爆生裂纹动态扩展规律及机理,分析不同"径距比"与掏槽效果的关系。研究结果表明:在装药量一定的情况下,随着炮孔与空孔距离的变化,爆生裂纹扩展距离呈现递增而预制裂纹扩展距离呈现递减的趋势,但都存在极值;当炮孔与空孔距离较小时,爆生裂纹和预制裂纹扩展及相互作用最复杂,爆生裂纹扩展经历由压缩应力波为主,表现为直线的前期扩展;由空孔处发射应力波和压缩应力波共同作用下,爆生裂纹偏离炮孔与空孔连心线的中期扩展,以及由空孔应力集中区作用使爆生裂纹向空孔方向偏移的后期阶段;预制裂纹扩展经历由空孔处应力集中作用下,表现为直线的前期扩展,以及由爆生裂纹处反射拉伸波作用使其向爆生裂纹发展的后期阶段;当炮孔与空孔距离较大时,反射应力波及应力集中效应对爆生裂纹和预制裂纹扩展在减弱,爆生裂纹与预制裂纹扩展行为仅有前期直线扩展阶段。"径距比"的大小对爆破效果影响较大,直眼掏槽爆破应以最优"径距比"作为掏槽爆破参数设计的依据。     

调频率自适应匹配线性变换及其对旋转机械故障诊断研究

旋转机械常处于变转速工作状态,因而其振动信号也表现出非平稳性。分析此类非平稳信号时由于受有限的时频分辨率影响,常无法获得理想的时频表示,难以揭示与旋转机械健康状态相关的有用信息。根据单个线性调频变换（LCT）能提升特定时刻时频聚集性这一特点,提出了调频率自适应匹配线性变换（Adaptively MatchingChirp?rate Linear Transform,AMCLT）。利用最大峭度准则指导选取每个时刻合适的调频率,并且只保留与所选调频率相关的时频分布用于构造最终的时频表示;扩展原始线性变换基函数,使所提 AMCLT 方法在无需迭代情况下可同时完成对多分量非线性调频信号的分析。此外,对所提 AMCLT 方法进行了信号重构分析,可实现对信号中目标频率分量的时域信号重构。振动信号处理结果表明,在时频表示的可读性方面,所提方法可得到能量更加集中且不受交叉项干扰的时频表示;在特征提取方面,所提方法可更加准确地提取旋转机械振动信号中的频率特征,可有效应用于旋转机械的故障诊断。     

基于时频挤压和阶比分析的变转速轴承故障检测方法

阶比分析是实现变转速工况下旋转机械设备故障特征提取的主要方法之一,其核心在于转速信息的准确获取,传统阶比分析方法主要通过转速计等设备测得转速,成本高且抗噪性差,而基于时频分析的转速估计方法操作简单,鲁棒性和准确性也较好。提出了一种基于时频挤压的转频估计方法,该方法不依赖多余设备,通过时频挤压和重采样阶比分析,实现转频估计和特征提取,从而诊断轴承故障。将基于传统时频方法与所提方法得到的分析结果以及计算阶比分析结果三者进行比较,以验证所提方法的可行性与有效性,仿真和实验信号分析结果均表明,所提方法的时频聚集性和鲁棒性较传统方法更好,且在无转速计的情况下,分析结果精度也更高。     

小直径附加圆柱对圆柱涡激振动抑制的参数优化

采用基于迭代嵌入式浸入边界法对后方对称布置两个小直径圆柱的单圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,对涡激振动抑制进行了参数优化。雷诺数和圆柱直径比分别为Re=100和d/D=0.125,其中D和d分别为大、小圆柱直径。通过改变控制角度(θ)、主圆柱与小圆柱的间隙比(G/D)、小圆柱旋转角速度和旋转方向(α)和阻尼比(ζ)确定的最优控制参数组合为θ=25°、G/D=0.125、α=-2.2和ζ=1.02。小圆柱的旋转角速度和旋转方向对圆柱振幅有一定的影响,其中内向反转会进一步抑制圆柱的振动,外向反转则恰好相反。随着阻尼比的增加,圆柱振幅先增后减,但影响程度较小。     

大型空间柔性桁架结构等效建模与动力学分析

大型空间柔性桁架结构具有周期性、大柔度、构型复杂等特点,其等效建模是进行振动控制器设计的关键性技术之一。基于能量等效原理和经典Timoshenko梁理论,对刚性连接的大型空间柔性正三棱柱桁架结构进行了等效建模与动力学分析,采用Taylor展开方法推导了等效梁模型的刚度和质量表达式,对比分析桁架结构与等效梁模型的固有振动特性,二者吻合较好。数值结果表明了等效方法的有效性且等效梁模型具有较高的精度。