基于EMD的灰色模型的疲劳剩余寿命预测方法研究

工程上的振动信号多为非线性非平稳信号,为了利用工程振动信号预测机械产品的疲劳剩余寿命,提出改进的经验模态分解方法对振动信号进行分解,分离故障特征频率到某本征模态函数中,计算全寿命周期各阶段故障特征频率所在本征模态函数的均方根值、峭度等时域特征指标,将其作为刻画机械产品健康状态的退化特征量,形成退化特征量序列,根据经验设定机械产品完全失效对应的退化特征量阈值.用退化特征量序列训练灰色模型,然后用训练好的灰色模型预测退化特征量的变化趋势,判断不同退化特征量用于刻画机械产品退化过程的可行性,估计可用退化特征量达到退化特征量阈值的时间并据此预测机械产品的剩余疲劳寿命.通过6205深沟球轴承全寿命周期振动信号对其进行验证,结果表明,可用的退化特征量结合该方法可以有效地预测小型球轴承的疲劳剩余寿命.     

基于有限元的半挂牵引车车架疲劳寿命分析

为了解决半挂牵引车车架经常出现裂纹甚至断裂这一问题,对车架进行疲劳寿命分析,确定容易出现疲劳破坏的位置.利用ANSYS建立了车架有限元模型并分析了静、动态特性,基于疲劳可靠性理论,通过FE-SAFE软件对有限元分析结果进行了疲劳寿命分析,查看疲劳寿命云图和安全系数云图,确定车架容易出现疲劳破坏的位置.研究表明半挂牵引车车架纵梁的牵引座附近容易出现疲劳破坏.提出了车架疲劳寿命分析的新方法和新途径,为车架结构优化设计提供了理论依据.     

基于ESLs结构优化法的搅拌车副车架疲劳设计

疲劳问题是搅拌车副车架设计中的重要研究内容之一。将ESLs结构优化方法、拓扑优化方法与疲劳预测相结合,提出一种在部件设计初期,通过动态拓扑优化得到合理的部件拓扑结构,从而使部件同时满足疲劳寿命和轻量化设计要求的疲劳设计方法。该方法首先建立了搅拌车瞬态响应分析的优化模型,并且通过实验验证了模型的准确性。然后生成路面谱,并对关键点疲劳寿命进行评估;最后在简化后的路面谱与重力的作用下进行疲劳设计。对某型搅拌车副车架的疲劳设计结果表明,采用该方法对结构进行疲劳设计能得到更加合理的部件结构,达到了疲劳设计的目标。     

一种高阶模态涡振试验新气弹模型的模型参数优化设计

多点弹性支撑连续梁气弹模型是一种研究大跨桥梁主梁高阶竖弯模态涡激振动的新型气弹模型。为了使该模型的频率、模态质量和振型与原桥梁缩尺后的动力特征更好地匹配,提出了基于动力系统矩阵方程的模型参数优化方法。以模型的频率、模态质量和振型为优化目标,利用结构的振动方程,建立优化目标函数,采用最小二乘法获得芯梁刚度、弹簧刚度和附加质量的最优设计。通过数值分析对该方法进行了验证分析。以两座不同形式的悬索桥为例进行了该方法的可行性分析。研究结果表明:采用该方法设计的气弹模型能很好地与原结构相匹配。     

考虑应变均值影响的天然橡胶隔振元件疲劳寿命预测

对橡胶试柱进行单轴疲劳试验,分析了应变幅值一定时,应变均值对疲劳寿命的影响。以哑铃型天然橡胶试柱为研究对象,通过有限元计算分析,得到了加载位移与橡胶试柱危险位置处最大主应变的关系。构建了应变均值函数,以应变比R=0时的 曲线为基准疲劳寿命曲线,建立了不同应变均值和幅值下的天然橡胶隔振元件的疲劳寿命预测模型。使用该模型预测得到的哑铃型天然橡胶试柱疲劳寿命与试验疲劳寿命具有较好相关性。文中提出的天然橡胶元件的疲劳寿命预测模型,可用于建立天然橡胶材料的疲劳寿命数据库。     

基于疲劳寿命的旋翼气动弹性多目标优化研究

基于Hamilton原理基础上推导了旋翼桨叶有限元动力学模型和疲劳寿命计算模型。以动力学特性的固有频率,自转惯量为约束,以剖面特性参数的挥、摆、扭刚度及桨叶线性密度为设计变量,进行最小质量及最大疲劳寿命的多目标优化。采用满足溢出分析的优化算法（Satisficing Trade-off Analysis）。结果在满足各约束条件下,实现旋翼桨叶质量减少7.27％,疲劳寿命循环次数由3.98 108次到4.73 108次,寿命提高了18.7%,优化效果明显。     

基于比例风险模型的板级无铅焊点跌落寿命分析

文中进行了三组跌落高度下的焊点疲劳寿命试验,采用比例风险模型(PHM)分析跌落高度对焊点寿命分布的影响。PHM模型估计得到的焊点寿命期望(MTTF)及寿命失效概率密度与实验数据都能够较好的吻合,验证了模型的有效性。且由焊点跌落MTTF值随高度变化曲线可看出,当跌落高度略大于0.6m时焊点MTTF值都小于10次,表明无铅焊点对冲击载荷非常敏感。最后用估计得到的寿命期望结合Miner准则得到板极无铅焊点跌落寿命损伤累积模型。     

基于模态频率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测

从试验出发,研究了含V型缺口悬臂梁在循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展特性及其模态频率变化规律,分析了模态频率与裂纹扩展增量间的关联性。将裂纹扩展增量作为损伤参量,建立了基于模态频率下降率与损伤参量的关系。基于损伤力学,建立了裂纹损伤与循环加载次数的演化模型。结合模态频率下降率与裂纹损伤参量的关系,提出了一种基于模态频率下降率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测方法,实现了基于当前裂纹损伤和对应循环次数的疲劳裂纹扩展剩余寿命预测。结果表明,模态频率下降率对缺口梁的疲劳裂纹扩展寿命敏感,该方法预测的疲劳裂纹扩展寿命与实测的疲劳裂纹扩展寿命基本吻合。     

基于ERA模型辨识的H∞振动主动控制试验研究

针对外扰作用下的尾撑式风洞测力模型进行H_∞鲁棒控制试验研究。采用ERA算法(Eigensystem Realization Algorithm)进行模型辨识,可直接获得受控系统动力学方程。为保证系统的稳定性和鲁棒性,结合H_∞混合灵敏度优化方法设计控制器,实现受控模型垂向前两阶模态的振动控制。试验结果表明,结合ERA辨识模型设计的控制器能够有效抑制模型振动,能够将前两阶振动幅值抑制到无控制时的10%以下。     

疲劳寿命计电阻变化的灰色建模研究

疲劳寿命计具有电阻-疲劳记忆特性，是一种新型的无损检测元件。其电阻值随疲劳而增加，载荷卸除后电阻变化值保留。它可用于多种目的的疲劳测试和结构疲劳检测。在给定载荷下，循环数和电阻变化量具有本征性的灰色关系，运用灰色系统的理论和方法，通过对循环数数列的一次累加，生成一个光滑离散函数。据此建立GM模型，并求解灰色系统微分方程。运用还原模型，可由测得的电阻变化量计算循环次数，进而推算结构的剩余寿命。     

基于谐波平衡法的双稳态压电发电系统非线性振动特性研究

研究双稳态压电发电系统非线性振动特性。通过谐波平衡法计算获得系统幅频响应方程,分析不同非线性系数、阻抗参数与激励对系统幅值解影响,随激励频率、幅值的变化,双稳态压电发电系统幅值解存在跳跃、多解现象,调节非线性系数及阻抗参数可使不稳定区域范围最小;研究外加激励对功率影响,随非线性系数及阻抗参数的增加,输出功率先增加后减小,通过调节磁化强度与负载阻抗可使系统输出功率最大;通过实验所得频率电压响应曲线及电阻功率响应曲线,验证系统非线性分析结果。可为双稳态压电发电系统工程应用提供理论依据。     

基于振动分布特征的电力变压器绕组故障诊断

振动分析法是实现电力变压器带电监测与故障诊断的重要手段,而基于振动分析法的故障诊断方法的关键在于从复杂的油箱壁振动信号中提取出状态特征(值或矢量)。传统的状态特征提取方法大多选取单个测点的振动信号进行时域或频域特征的提取,往往忽略了各测点间的振动分布特征。从振动重心的角度对振动分布的幅值重心及重心轨迹进行研究与分析,能够提出四个量化参数。在四个量化参数的基础上结合支持向量机分类算法提出基于振动分布特征的变压器绕组故障诊断模型。实际变压器的绕组故障实验以及十余台台电力变压器现场实测数据样本的分析与测试结果均表明,提出的振动分布特征及量化参数能够有效反映变压器绕组变形、压紧力松弛等机械结构变化,而基于振动分布特征的绕组故障诊断模型也可准确的对变压器绕组机械结构状态进行检测与诊断。     

Fatigue life prediction of a rubber mount based on test of material properties and finite element analysis

Failure analysis and fatigue life prediction are very important in the design procedure to assure the safety and reliability of rubber components. The fatigue life of a rubber mount was predicted by combining test of material properties and finite element analysis (FEA). The natural rubber material material’s fatigue life equation was acquired based on uniaxial tensile test and fatigue life tests of the natural rubber. The strain distribution contours and the maximum total principal strains of the rubber mount at different loads in the x and y directions were obtained using finite element analysis method. The critical region cracks prone to arise were obtained and analyzed. Then the maximum total principal strain was used as the fatigue parameter, which was substituted into the natural rubber’s fatigue life equation, to predict the fatigue life of the rubber mount. Finally, fatigue lives of the rubber mount at different loads were measured on a fatigue test rig to validate the accuracy of the fatigue life prediction method. The test results imply that the fatigue lives predicted agree well with the test results.     

基于EEMD与GA-小波神经网络的传动系声品质预测

为了进行车辆传动系声品质预测,实施了传动系整车转鼓试验,并结合主、客观分析量化了影响传动系噪声烦恼度的主要异响指标;同时,通过相关分析揭示了心理声学客观参量与主观评价的内在关系。引入聚合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法与本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)样本熵值对传动系噪声特征进行了提取;在此基础上,以Morlet小波基函数作为隐含层节点的传递函数构建小波神经网络(Wavelet Neural Network,WNN),同时运用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化小波神经网络的层间权值和层内阈值,构造出GA-小波神经网络模型并用于传动系声品质预测;为了对比所提取的传动系噪声特征性能,将心理声学参量也作为模型输入以进行预测,同时,为了对比GA-小波神经网络模型的预测效果,引入了传统的GA-BP神经网络模型。分析结果表明:GA-小波神经网络较GA-BP神经网络能更准确、有效地对传动系声品质进行预测,并且以本征模态函数样本熵值作为预测模型的输入特征其预测结果较心理声学参量效果更佳。     

基于压电陶瓷的引信物理电源的建模与设计

压电陶瓷能将弹药发射环境中的机械能转换为电能,压电电源就是基于此特性为引信供电的环境能源。提出一种压电发电建模方法,利用其对引信压电电源的发电特性进行了理论研究。共包括两个步骤:利用总能量求偏导法推导出并联压电叠堆产生的电压、电荷及电能公式;将压电结构发电模型等效为电路形式,利用电路知识分析得到压电电源的电能输出表达式。然后利用MATLAB软件进行了数值仿真分析,最后以所得理论模型为指导、以最大化提高发电量为目的进行压电电源的设计。     

Fatigue life prediction of clutch sleeve based on abrasion mathematical model in service period

To predict the service life of clutch sleeve, major reasons for the change of clearance between the clutch sleeve and shell in service period are analysed. A mathematical model of the clearance is established considering abrasion of the step outside sleeve caused by friction. To determine the size of abrasion, a micro‐convex body model for the friction surface is built. Based on surface fatigue abrasion theory, an abrasion model is established. A life model is established based on the entire abrasion of the sleeve. Fatigue life of sleeve is predicted using the model based on actual surface morphology parameters of the enterprise products. Major factors affecting the abrasion speed are discussed and determined after the prediction result is analysed.     

基于PCA-GA-SVM的露天矿爆破振动速度预测模型研究

露天矿爆破振动速度受很多因素的影响,传统的经验公式和单一的神经网络模型无法满足现代爆破安全的要求。为提高预测爆破振动速度的精度,利用主成分分析(PCA)提取4个影响爆破振动速度的主成分作为模型的输入变量;结合遗传算法(GA)寻优获得支持向量机(SVM)惩罚系数c和核函数参数g为1.899 1和1.971 2,建立了基于PCA-GA-SVM的露天矿爆破振动速度预测模型,并成功应用于现场爆破工程。结果表明:该模型的平均相对误差为14.60%,建模时间为3.12 s,均方误差为0.131 5,与BP神经网络、传统SVM和GA-SVM对比,此模型具有更快的收敛速度和更高的准确率,为多因素影响下爆破振动速度预测提供了一种新的方法。     

Model test study on influence of freezing and thawing on the crude oil pipeline in cold regions

Buried pipelines are one of most economical and convenient methods for the transportation of large volumes of oil and gas. When a pipeline is buried in cold regions, it may suffer frost damage. Previous studies of pipelines and the surrounding soils in cold regions have tended to concentrate on the theory and practical engineering problems. This paper reports the results of a model test to investigate the stresses and strains on the buried pipeline and surrounding soils in the permafrost and seasonal frost areas based on the Mo'he-Daqing section of the China-Russia Crude Oil Pipeline (CRCOP). The temperature of the soils surrounding the pipeline, displacement and axial strain as well as stress in the pipeline induced by frost heave and thaw settlement are monitored and analyzed. The test results will have some significance in guiding the construction of the CRCOP in cold regions.     

基于电力线载波通信的节水灌溉控制系统设计

为达到节水灌溉目的,设计了一套基于电力线载波通信的喷灌控制系统.系统以电力线载波为通信手段,以主控室的主机为核心,以主从多机通信模式对现场信号进行远程采集及控制,最后对系统进行了现场测试.结果表明,数据传输误差率低,设备运行可靠、稳定,控制距离达到了约300m.系统不仅达到了控制目的,节约了水资源,同时节约了大量通信电缆,具有很好的应用价值.     

xPC目标在EPS试验台电机控制中的应用

针对汽车电动助力转向试验平台,利用Matlab/Simulink和xPC 目标工具箱实现了对伺服电机的控制.通过组建低成本的双机型快速实时仿真系统,开发xPC目标工具箱下PCI-1720数据卡的驱动程序,连接试验电路,并对电动助力转向试验平台中的伺服电机进行加载实验,结果表明xPC控制的伺服电机能够随着转角变化而加载相应变化的转矩,达到了通过双机型实时控制伺服电机加载的目的.通过开发xPC的驱动程序扩展了xPC工具箱的应用范围,增强了Matlab与硬件通信的能力.