机械结构冲击载荷稀疏识别方法研究

冲击载荷识别在结构健康监测、动力学优化设计、铣削力测量等领域扮演重要角色。然而,现有的基于L2范数的冲击载荷识别正则化方法在识别精度、稳定性、计算效率、参数选取等方面均存在瓶颈和局限。近年来兴起的稀疏正则化理论为冲击载荷识别提供了一种新的探索途径。充分利用冲击载荷在时域内稀疏的先验信息,提出冲击载荷稀疏识别新方法,通过最小化L1罚函数项取代传统的最小化L2罚函数项,建立基于L1范数的稀疏识别正则化模型,突破基于L2范数的冲击载荷识别方法精度低的瓶颈。基于L1范数的稀疏识别方法与基于L2范数的Tikhonov正则化方法在机械结构单源和多源冲击载荷识别中进行了对比。薄板结构冲击载荷识别试验表明:基于L1范数的正则化解在时域内非常稀疏,冲击载荷非加载区噪声被极大地抑制;稀疏识别方法在重构冲击载荷时间历程、稳定性和计算效率方面均优于传统的Tikhonov方法。     

舰船柴油机组状态监测及减振效能在线评估系统

主动隔振技术是一种具有治理舰船低频噪声潜力的新技术。针对舰船柴油机组主动隔振试验系统试验时间长、现场混乱、噪声大以及局部有限控制点信息无法进行全局减振效能评估的缺点,特研发一套柴油机组状态监测及减振效能在线评估系统。该系统具有状态在线监测、减振效能在线评估、数据采集和记录以及试验现场视频监控等功能,现场试验显示该系统可以节省时间,提高试验工作效率和工作舒适度,达到预期设计的目的和效果。     

功率流测量以及振动能量参数估计试验研究

本文搭建了功率流测量以及能量参数估计试验平台,分析了功率流不同计算方法对功率流传递规律的影响,建立了功率流和振动能量参数间的关系。通过在振源和接受体之间插入阻抗头传感器,获得同点同方向的力和加速度信号,分别应用时域平均法、基波频域法和二次谐波频域法计算功率流。研究表明当激振频率为各阶模态频率分倍频时,其谐波振动需要加以控制。负功率流是功率流测量中不可避免的现象,本文从多自由度振动的角度揭示负功率流的成因。针对能量参数难以测量的难题,分别运用驱动点阻抗和导纳法估计振动能量,并通过系统损耗因子验证了功率流和能量参数间的关系。     

齿轮磨损故障动态响应特征与诊断指标研究

齿轮磨损属于典型的早期故障,为监测齿轮磨损状态,开展齿轮磨损故障机理与诊断指标研究.采用解析建模的方法,定量研究了齿轮磨损对时变啮合刚度和无负载静态传递误差动力学参数的影响规律:采用Archard磨损模型计算齿轮齿面磨损深度,获得沿齿廓方向的非均匀磨损分布;采用势能法计算齿轮啮合刚度,揭示了齿轮磨损对啮合刚度幅值影响的定量规律;将齿轮磨损等效为轮齿齿廓偏差,揭示了齿轮磨损对无负载静态传递误差影响的定量规律.采用集中参数法建立齿轮传动的动力学模型,通过两级直齿轮疲劳寿命试验对比验证了齿轮磨损动态响应特征.结果 表明,齿轮磨损主要影响齿轮啮合频率及其谐波成分,同时啮合频率及其谐波的边频带以转频为主,且随磨损增加出现明显变化.基于获得的磨损动态响应特征,构造了四个基于振动信号啮合频率边带的诊断指标,该指标对磨损状态变化敏感,通过仿真和试验验证了指标的有效性和鲁棒性.     

结构自适应频谱塑形主动控制研究

针对复杂机械系统的靶向振动控制需求,提出不同频率分量幅值相位可控、任意频率可注入的自适应频谱塑形主动控制算法.首先,在传统的滤波自适应控制的结构中引入一个控制器的数字镜像模型,通过自适应算法在线更新该数字镜像模型的系数实现原控制器系数的随动修正,改善了控制系统的闭环特性,提升了控制系统的收敛性.其次,提出了广义塑形滤波器的设计方法,克服了传统算法缺乏相位塑形和频率注入能力的局限性,通过外加多频信号和噪声估计共同构造幅值、相位和频率可控的塑形滤波器,实现了任意频率成分的消除、消减、保持、增强、注射五种控制模式,拓展了算法的适用性.对所提出的算法进行了时域收敛性分析,推导分析结果和数值仿真结果吻合良好.通过某旋转机械实测振源信号及次级通道模型开展了算法验证,通过舱段柱壳模型开展了在线试验,结果均验证了所提出算法的有效性和优越性.     

基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构EI北大核心CSCD

提出一种基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构方法。使用D优化设计方法确定最优测点布置方案,根据模态扩展方法构造加速度响应扩展矩阵,从而实现由优化布置的有限测点的加速度响应重构机械结构全场加速度响应,并使用有限元分析软件读取重构的加速度响应,实现机械结构响应全场可视化。开展板结构数值仿真分析和振动响应重构试验,验证了当结构处于多模态共振或非共振状态下机械结构振动响应全场重构方法的有效性和鲁棒性。进一步,通过分析各阶加速度模态贡献量,精准选择主要振动模态分析机械结构的振动响应,实现了基于更少测点的振动响应全场重构。