转子系统分形故障诊断中无标度区的自动识别

采用振动信号关联维数计算中的相关积分算法,以及相关积分双对数点列的分布规律,提出了一种分形无标度区的自动识别方法.该方法采用曲线一直线一曲线对相关积分双对数点列进行分段拟合,以总的拟合残差平方和最小作为目标,并认为中间一段即为无标度区,进而求出该段斜率得到关联维数.运用该方法对在不同状态和不同转速下转子系统实际测量得到的振动信号进行了分析计算,自动得出了信号的分形无标度区范围和关联维数,并与传统的三折线段拟合法的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的准确性及有效性.     

基于分形理论预测砂岩储层岩性

根据分形几何学基本理论,探讨岩石孔隙及测井曲线分形维数的确定方法。求取岩石孔隙分形维数有3种方法:分子吸附法、扫描电镜法、压汞法。分子吸附法和扫描电镜法求取岩石孔隙分形维数,所需实验设备昂贵,且过程复杂。利用岩心压汞毛管压力资料,通过线性拟合lgs与lgpc的关系,可计算出岩石孔隙分形维数D。测井曲线反映了地层岩石物理性质。从测井曲线外形上看,对应同一地层的不同测井曲线之间,以及同一条测井曲线的不同部分,分别具有相似的特性。测井响应的这种相似性,可以利用分形理论进行定量描述。目前普遍采用关联维数计算法和测井曲线分形校正法,计算测井曲线的分形维数。实际应用中,根据某油田2口取心井近50块岩样的统计分析,利用岩心压汞资料得到lgs-lgpc散点图,由于分形现象只存在于无标度区范围内,因此一般选取双对数坐标系上线性范围最宽的一段为无标度区,然后再对该段内所有的点进行拟合,并做相关系数检验,从而得到砂砾岩、不等粒砂岩、细砂岩、粉砂岩4种岩性的lgs-lgpc散点图(无标度区)。计算结果表明,应用测井曲线关联维数法预测砂岩储层岩性,其精确度达到92%以上。     

柴油机振动信号分形特征诊断的改进算法

分析了目前利用振动信号的分形特征进行柴油机状态诊断中,影响分形维数计算结果一致性的因素,并根据柴油机故障诊断的特点,在柴油机振动信号提取时,利用等角域跟踪采样方法消除转速波动对采集振动数据产生的变化;然后,在关联维数计算时,针对分形无标度区间的截取提出了采用多段平均加阈值的计算方法来扩大无标度区的范围,为分形无标度区间的截取提供一种新的方法。通过仿真数据和实际测试数据对研究方法进行了验证。     

基于分形理论的粗粒土缩尺效应及强度性质研究

基于分形理论研究了同种材料不同缩尺方法和不同缩尺粒径对分形维数的影响,并通过常规三轴剪切试验建立了分形维数与抗剪强度指标的相互关系。结果表明,与原型级配的粒度分形曲线相比,不同缩尺法得到的粒度分形曲线形态有较大差异,缩尺级配的分形维数均小于原型级配的分形维数,分形维数在数值上能表征土的级配;不同缩尺法得到的峰值强度变化规律与分形维数变化规律一致,在高围压下分形维数越大,不同缩尺法之间的峰值强度差也越大;凝聚力c随着分形维数的减小而增大,而内摩擦角φ随着分形维数的〖JP2〗增大而增大,两者近似一抛物线关系,并根据拟合表达式推导出了原型级配的φ值,具有一定的工程指导意义。     

基于EEMD及分形方法的轴承振动信号分析

为对具有强烈非线性特征的轴承振动信号做出准确的故障识别,基于分形理论,采用辅助经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)对信号进行降噪预处理,采用G-P算法分析轴承不同状态下振动信号关联维数。研究表明:基于EEMD的降噪方法可有效对振动信号进行降噪;轴承工作状态不同,其振动信号关联维数具有明显的可区分性,当轴承处于外环故障时,其关联维数最大为4.7,当轴承处于滚珠故障时,其关联维数最小仅为3.0,当轴承处于正常/内环故障时,其关联维数分别为4.0/3.2。因此,利用关联维数能定量识别轴承的不同故障状态及位置。     

基于分形理论的改良膨胀土龟裂发展规律探究

为探究改良膨胀土龟裂发展规律,通过石灰改良膨胀土的室内龟裂试验,基于分形理论,采用Matlab编程技术对膨胀土干缩裂隙图像进行数字化,并对裂隙表面结构特征进行定量统计与分析。结果表明,膨胀土的龟裂发展规律主要由基质吸力引起的应力场控制;不同石灰掺量的改良膨胀土在脱湿过程中裂隙率均先迅速增大,在塑限含水率附近达到峰值之后开始缓慢减小,最终在缩限含水率附近趋于稳定;经过石灰改良后的膨胀土裂隙率峰值出现较早,随着石灰掺量的增加峰值对应的含水率逐步减小,同时裂隙率峰值和残余值有明显的减小,当石灰掺量超过6%时改良效果不再随石灰掺量的增多而增强;可利用膨胀土裂隙率与表面的分形维数的关系估算膨胀土的裂隙率。     

基于分形学的轴承故障诊断分析

为识别轴承的工作状态及故障类型,针对非线性振动信号,基于分形盒维数与小波降噪方法,计算了轴承正常状态及不同故障状态的振动信号盒维数。结果表明:轴承的故障类型不同,其振动信号盒维数亦不同,正常状态盒维数最大,内环故障盒维数最小,其值分别为1.6和1.4。因此,根据盒维数能定量识别轴承故障状态与故障位置,本研究可为轴承状态监测和故障诊断提供理论依据。     

基于分形理论的内燃机噪声信号分析

提出了基于分形的内燃机噪声信号的内燃机故障诊断方法。根据分形理论的G-P算法,阐述了内燃机噪声信号分形关联维数的计算方法,并对维数计算过程中参数的选取进行了详细的论述。通过对实际测量的内燃机噪声信号的关联维数计算分析,证明了内燃机噪声信号的分形特性。计算结果表明:内燃机噪声信号关联维数随内燃机工作状况改变有明显的变化,可作为内燃机工作状态监测和故障诊断的一个特征量。     

基于分形学的湍流风谱特性对比研究

为定量描述湍流风场和解决湍流风谱模型选择时存在盲目性和不准确性等问题,基于多种湍流风谱模型并考虑湍流强度、地表粗糙度及空间高度的影响,生成不同程度的风速时间序列曲线。基于图像识别技术和计盒维数法对各条件下风速曲线分形维数进行计算。结果表明:不同湍流风谱模型具有不同的分形特性;湍流风分形特性受湍流强度和地表粗糙度影响;相同地貌特征和气候条件下,不同高度处风速时间序列数据具有不同的分形维数。     

冻融损伤混凝土梁抗力性能演化的裂缝分形特征

为分析冻融循环作用下钢筋混凝土梁受压区的表面裂缝分布特征,采用自主设计的混凝土梁反力试验架对受压区受冻融循环作用的梁进行抗弯试验,取得各级荷载作用下梁表面的裂缝图像。依据分形理论计算表面裂缝分布的分形维数,并讨论分形维数与梁的荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间的关系。研究表明,受压区冻融损伤的钢筋混凝土梁表面裂缝的分布符合分形特征,其分形维数与荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间均有一定关系,裂缝的分形维数可作为钢筋混凝土构件安全性能预测的指标。研究成果可为冻融损伤混凝土梁安全预测提供参考。     

基于小波和分形提取磨粒图像特征参数的研究

根据小波变换和分形理论在多尺度分析与自相似本质上的一致性,提出了一种提取磨粒图像特征参数的新方法。给出了磨粒图像的小波变换方法和小波变换近似系数的分形维数计算方法,然后对磨粒图像进行了分析,实现了磨粒图像的特征提取。结果表明：小波变换近似系数的分形维数反映了磨粒图像上磨粒尺度及数量,可以作为磨粒图像的综合特征参数。     

基于分形理论的城市配网地理空间-网架布局一致性评估方法

我国国土空间规划要求电力部门展开空间布局规划。首先,将分形理论应用于描述配网网架的拓扑图,并给出相应的分形维数定义与计算方法。其次,在提出只考虑城市配网拓扑特性评估方法的基础上,综合考虑其负荷特性对分形维数指标进行加权,实现从空间利用程度和中心集聚程度两个角度来评估城市配网地理空间与网架布局之间的一致性。最后,以某地区实际网架为例,将所定义的量化指标应用于评估该地区配网网架布局与地理空间之间的一致性,并对几个地区实际网架进行综合比较分析,验证了所提方法的合理性及可行性。     

基于分形理论的泥岩填料渗透特性研究

泥岩作为一种水敏性较强的填料,其渗透特性变化严重制约着工程结构的安全。采用对照试验方式,设计5个级配梯度,通过自主设计渗透试验仪对泥岩填料进行渗透变形破坏试验,对比泥岩填料击实破碎分形变化特征,分析填料渗透性与级配结构的相关性。结果表明,击实前后填料级配由不良变为良好,分形维数由2.23～2.51增至2.44～2.57,分形曲线分布特征与粒径累计曲线变化特征一致,分形维数可作为评价级配特征的量化指标;不同试样的渗透系数具有相同数量级(10^-6cm/s),仅数值有所差异,部分试样发生渗流破坏;分形维数与渗透系数具有二次项函数关系,渗透系数峰值点及其相近邻域对应维数(维度2.525)的试样易发生渗流破坏。     

基于投影覆盖法的小流域模型地貌分形特征

针对流域地貌所具有的明显各向异性和三维立体特征,将投影覆盖法引入其三维表面分形特征的直接量化,结合投影覆盖法计算三维表面分形维数基本原理和GIS技术,提出了基于投影覆盖法的计算流域地貌三维表面分形维数的GIS实现过程,并对9次摄影测量所得小流域模型地貌三维表面分形维数进行了计算。结果表明,投影覆盖法可实现流域地貌三维表面分形特征的直接量化,计算出的地貌三维表面分形维数准确反映了模拟降雨驱动下小流域模型地貌总体特征的动态变化过程;与计盒维数法相比,投影覆盖法更有利于揭示小流域模型不同发育阶段地貌特征的差异性,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化参数的选择具有重要意义。     

基于振动信号分形特征的柴油机缸套磨损诊断

提出了一种基于总体经验模态分解(EEMD)与形态学分形维数的柴油机缸套磨损诊断方法,以某6缸四冲程柴油机为研究对象,测试并分析了柴油机缸套4种状态下机体振动信号的形态学分形维数。研究结果表明:利用含噪振动信号的分形维数来描述缸套磨损状态是不可靠的,实测信号降噪后的形态学分形维数能够清晰地区分柴油机缸套磨损状态。     

基于形态学分形和极限学习机的风电机组轴承故障诊断

风力发电机组滚动轴承工况往往比较恶劣,其故障振动加速度信号具有非平稳、非线性的特性,而传统的时频域方法提取故障特征时存在不准确、适应性差等问题,针对此提出一种基于局部均值分解(LMD)和形态学分形维数的特征提取算法,并结合极限学习机(ELM)完成风电机组轴承故障诊断。该方法同时考虑滚动轴承在不同损伤程度以及不同故障类型下的情况,首先将原始振动信号进行LMD自适应分解为一系列不同频率的乘积分量(PF);接着计算所有分量与原信号的相关性系数,选择相关系数值最大的前3个PF分量作为敏感变量;并利用形态学覆盖估计所选PF分量的分形维数,构建故障特征向量组;之后将其作为ELM的输入,将轴承状态作为输出,建立ELM轴承状态识别模型。最后使用西储大学平台轴承数据和实际风场采集故障数据对算法进行验证,结果表明,该方法能够有效识别轴承不同损伤程度以及不同故障,整体识别率达到99%以上。     

基于时程数据的翼型尾流特征识别模型分析

针对传统流场分析方法难以提取非线性与高维度数据特征的问题,结合自适应噪声完全集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)与分形盒维数对速度、压力和涡量等时程数据进行分解、筛选及重构,并结合深度学习建立尾流特征识别模型,以实现翼型特征和流动攻角的反向预测。结果表明：当训练集和测试集数据来自同一翼型时,所提模型对流动攻角的识别率最高可达98.8%,当数据来自不同翼型时,准确率仍可达95.6%,验证了所提模型的准确性、可行性及泛化性。     

基于CT扫描的碳酸盐岩储层微观孔隙结构分形表征——以延安气田马家沟组为例

碳酸盐岩是世界上重要的油气储层类型之一,在多种多样的成岩作用下,其微观孔隙结构较为复杂,研究碳酸盐岩储层微观孔隙结构有助于合理评价储层。现根据分形理论的自相似性,选取延安气田马五12溶洞、裂缝较为发育的碳酸盐岩样品,运用CT扫描获取原始灰度图像,结合图像处理软件对其进行图像预处理获得二值图像,并求取分形孔隙度与分形维数。从精细化、无损化、直观化角度表征碳酸盐岩样品微观孔隙结构的复杂性和非均质性。研究结果表明,分形维数可以表征微观孔隙结构的非均质性,该样品分形维数介于1～2之间,分形维数越接近2,孔隙结构越复杂,微观孔隙结构非均质性越强;分形孔隙度与分形维数呈负相关,且该样品孔隙结构的连通性一般。因此基于CT图像的分形表征不仅在碳酸盐岩储层微观孔隙结构的直观刻画与定量描述方面具有显著优势,而且为后续评价延安气田马家沟组碳酸盐岩储层提供理论依据。     

基于R/S方法的拱坝变形监测资料分析及性态评估

以某混凝土拱坝顺河向水平位移为例,通过R/S方法计算得到不同测点观测数据时间序列的Hurst指数(H)和分形维数(D),根据Hurst指数的值域范围,分析了观测数据的精度,根据分形维数阐述了大坝位移的分形特性,并结合逐步回归分析结果,对大坝的变形性态进行了评估。结果表明,在拱坝变形监测数据分析中,R/S方法能有效挖掘观测数据时间序列所蕴含的内在特征,从而进行准确的安全性态评价。     

基于LHS法的三维随机裂隙网络数值模拟及渗流分析

为分析裂隙渗流系数的影响因素,基于拉丁超立方抽样(LHS)法,对岩体内裂隙的几何参数进行抽样模拟,提出了一种改进三维随机裂隙网络生成算法。利用C++语言编制程序,实现三维裂隙网络的生成,通过与Monte Carlo法生成的三维裂隙网络进行对比分析,验证了LHS法生成的三维裂隙网络稳定性好、精度高,为解决Monte Carlo法抽样样本坍塌问题提供了一种新思路。并基于LHS法生成三维裂隙网络,借助离散裂隙网络渗流程序进行渗流分析。结果表明,裂隙岩体的渗透系数随裂隙尺寸及裂隙密度的增加而增加,当裂隙尺寸及裂隙密度达到一定量级时,裂隙岩体内会形成贯通的裂隙簇,裂隙岩体渗透系数将急剧增加。