基于WMRA的隔震结构时变非线性参数识别

基于小波多分辨率分析(wavelet multi-resolution analysis,简称WMRA)理论,建立结构时变非线性参数识别方法,研究隔震结构在地震作用下表现出来的时变非线性力学行为。首先,以描述隔震支座的迟滞非线性Boucwen模型为研究对象,引入3阶有效数值差分技术,将运动方程中非线性模型的恢复力增量进行线性化,形成递推观测方程;其次,基于WMRA理论,将观测方程中每一待识别参数采用小波多分辨率展开,将模型参数识别问题转化成多元线性回归模型中小波重构系数的估计问题;最后,分别采用数值模拟、串联隔震体系(serial seismic isolation system,简称SIS)振动台试验测试数据,识别结构及隔震层参数随时间的演化规律,验证该识别方法的正确性和适用性,为隔震结构在施工、运营期各阶段状态评估提供一定参考。     

多传声器小波多尺度信息融合滤波算法

为了滤掉信号采集过程中存在的环境噪声和信道噪声,提出一种基于小波多尺度信息融合和三角时延矢量误差的信号滤波算法。基于多传声器信号时延估计特性,提出时延矢量封闭准则。首先将多传声器同步采集所得信号进行小波多尺度分解,得到多尺度小波细节系数和近似系数,然后根据时延矢量封闭准则求取各层小波系数时延差,结合信息融合理论,提出一种三角时延矢量误差,由多传声器综合支持度获得时延阈值,将其作用于三角时延矢量误差,得到各层小波系数的权重,最后对小波系数重构得到降噪后的信号。实验表明,此滤波算法不仅滤掉了信号中的噪声成分,还优化了传声器资源的配置,既保留了高支持度传声器信号特性,还改善和提高了低支持度传声器信号质量,与小波分层阈值和全局阈值滤波算法相比充分体现出该算法的有效性。     

基于最优控制时变非线性参数模糊辨识

运动状态下结构连接处的时变物理参数对研究结构动态特性与工程实际应用具有重要价值,由此提出了一种结构连接处时变非线性物理参数辨识方法。该方法利用每个子结构的动力学模型,将结构连接处的非线性恢复力作为模型的输入,利用最优控制理论与模糊数学的方法辨识出结构连接处的非线性恢复力,并应用子结构法计算出结构连接处的响应,最后利用最小二乘法拟和了非线性恢复力．计算出非线性恢复力的时变系数。仿真算例表明了该方法用来计算连接结构物理参数精度较高。且结果稳定,避免了迭代发散的现象。     

基于VMD和广义Morse小波的结构瞬时频率识别

提出了基于变分模态分解和广义Morse小波相结合的时变结构瞬时频率识别方法。首先,针对噪音干扰问题,提出了快速阈值迭代算法,通过将信号转换到小波域,利用信号稀疏特性进行降噪;然后,提出了基于变分模态分解和广义Morse小波的时变参数识别理论,采用数值算例验证了提出方法的有效性和精度;最后,设计了一个具有时变特性的移动小车试验,进行模态试验对结构有限元模型进行校正。采集小车通过主梁时的应变和加速度响应,由应变数据估算小车不同时刻在梁上的位置,对加速度响应数据进行分析识别结构的瞬时频率,与有限元计算的结果进行对比分析。结果表明,提出的方法可以有效准确地识别时变结构瞬时频率。     

基于参数辨识的矿用自卸车平顺性优化

矿用自卸车行驶路况非常恶劣,为改善某型矿用自卸车的平顺性,需要得到油气悬架非线性刚度阻尼特性。利用具有紧支撑正交特性的Daubechies小波和最小二乘法原理辨识油气悬架物理参数,将时变刚度阻尼离散为正交尺度函数下的线性组合,从而把辨识时变物理参数的"黑箱"问题转化为已知尺度函数序列和系统的输入输出来估计线性组合中的时不变系数问题。为验证辨识的刚度阻尼值,在Adams/view中建立整车多体动力学模型,得知辨识参数下的加速度时域响应和功率谱密度与试验结果相差无几,从而验证了该方法的有效性。借助遗传算法优化油气悬架的物理参数,将辨识结果作为优化变量的初始条件,以座椅垂直方向加速度方均根值为目标,优化后目标值下降了51.84%,达到了改善平顺性的目的。     

基于参数识别的截割头纵向随机振动响应优化

为减小纵轴式掘进机截割头的振动,利用Lagrange方法并结合虚拟激励法推导了该型掘进机的纵向运动微分方程,根据Daubechies小波函数多尺度逼近方法和最小二乘法原理,将掘进机在随机激励作用下系统的时变阻尼和时变刚度用多尺度函数的线性组合表示,从而将时变参数识别问题转化为时不变问题。将识别出的刚度和阻尼值作为初始条件,借助鱼群算法以截割头纵向振动的位移响应为目标函数对参数进行了优化。结果表明：参数优化后截割头纵向振动的位移响应的均值下降了18.3%。为验证优化结果的可靠性,利用ADAMS建立了整机的多刚体动力学模型。仿真结果表明,截割头的位移响应变化与理论计算的结果较接近,从而验证了优化结果的有效性。     

基于小波变换的零件图像融合与边缘检测

提出基于小波变换的零件图像数据融合和边缘检测的方法,对图像进行分解,将高频区域中的绝对值较大的系数作为重要小波系数;在低频区域,对逼近系数进行加权平均得到新的逼近系数,然后进行小波重构实现图像数据融合。应用小波变换对融合图像进行多尺度边缘检测,获取图像边缘,或对图像进行小波多尺度边缘检测,然后融合边缘。     

小波域局部Laplace模型降噪算法及其在机械故障诊断中应用

提出一种基于小波域局部拉普拉斯模型的降噪算法。并将其成功应用于机械故障诊断中。降噪算法利用复小波变换幅值和相位的组合信息对信号奇异点具有更好的敏感特性,对各尺度上信号奇异点予以精确定位;根据各尺度上奇异点位置和一定宽度的邻域窗,将实小波分解的各尺度上小波系数分为两类：有效系数和无效系数。将奇异点邻域窗之外的无效系数直接置零;而对邻域窗内有效系数的统计分布进行拉普拉斯建模。在先验分布的基础上,运用最大后验概率估计从含噪小波系数中估计出真实信号的小波系数。利用信号小波系数的估计值来重构信号,便得到降噪信号。通过仿真试验和汽车驱动桥主减速器故障诊断实例分别对此算法进行分析和验证,结果表明,该算法均具有良好的降噪效果,可以有效地对主减速器中齿轮故障信号进行降噪。     

技术文摘专栏

管状橡胶支座径向刚度的非线性有限元分析 【摘要】：针对橡胶的大变形特点,对工程中常用的管状橡胶支座进行非线性有限元分析,得出支座受径向载荷时的刚度与应变大小和支座尺寸的关系。此外,利用方程回归工具得到径向刚度的近似计算模型。     

基于小波方法的时变动力系统参数识别

针对离散时变动力学系统,运用Daubechies小波对其激励和系统响应信号作小波变换,将变换后的响应和激励代入微分方程,利用Daubechies小波尺度函数的正交性,将微分方程转换成简单的代数方程组,求解方程组,从而识别出时变系统的物理参数.推导了单自由度和多自由度线性时变系统的参数识别方程,介绍了小波系数的计算方法,阐述了系统时变参数的识别思路.通过对系统参数连续、周期和突变3种时变情况进行仿真研究,证明了方法的正确性和有效性.     

Dynamic behavior of the spur gear system with time varying stiffness by gear positions in the backlash

Gear backlash is a nonlinear effect of the gear system. In a spur gear system with the backlash, the initial position of gears with the backlash affects the impact force. This work conducted a dynamic analysis of the spur gear system with time-varying mesh stiffness and bearing stiffness with a focus on the initial gear position within the backlash. For this purpose, the time-varying stiffness of the gears and rolling bearings were calculated. Mesh force with the time-varying stiffness and the gear backlash was applied to four DOF equations of motion. The equations of motion were solved using the Newmark beta method and Newton-Raphson method. The dynamic characteristics of the spur gear system by the initial position of gears within the backlash were investigated along with the magnitude of the backlash. The results showed that as the backlash increased, the mesh and bearing forces increased as well. The mesh and bearing forces were highly dependent on the initial gear position within the backlash. Significant initial mesh and bearing forces by the initial gear position within the backlash can lead to cumulative damages to the gear system.     

基于ICA和小波变换的滚动轴承故障诊断方法研究

提出了结合独立分量分析(ICA)和小波变换进行滚动轴承故障诊断的方法。在设计的系统平台上,首先对冲击脉冲信号进行预处理,使信号较好地满足独立分量分析的前提条件。然后,应用独立分量快速算法分离故障轴承的冲击脉冲信号,通过小波快速算法完成信号重构,实现滚动轴承故障的识别。实验结果表明,利用独立分量分析方法提取的故障状态特征向量与小波快速算法相结合可以有效、准确地识别滚动轴承的故障信号。     

基于自适应技术的结构参数与输入同步反演

发展一种基于遗传优化算法的自适应追踪技术,结合输入未知条件下的二次误差平方和方法,利用事件中的加速度响应数据实现结构参数与输入的同步反演,判断并追踪结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。三自由度迟滞非线性系统数值仿真结果表明,该方法能够精确有效地追踪结构参数的变化,并同步反演结构的未知输入。此外,对三自由度基础隔振结构模型进行了多工况实验研究。结果表明,所发展方法能够实时有效地追踪结构时变物理参数、反演结构未知基底激励,进而精准地获取结构的损伤信息。     

车用空气弹簧有限元分析方法

空气悬架系统的刚度直接影响整车性能,而悬架刚度又主要取决于空气弹簧刚度特性。由于在工作行程中橡胶气囊发生多重非线性问题,难以用传统方法预估弹簧刚度。为此,基于空气弹簧结构分析、非线性有限元理论,提出一种空气弹簧力学特性预估方法。在这方法中以Yeoh模型模拟橡胶层,rebar模型代表帘线层,缘板及活塞作为刚体,气体流动与气囊体变形耦合。为了检验该方法的有效性和可行性,以某一大客车悬架用膜式空气弹簧为应用实例,根据结构尺寸用CAD软件UG建立三维实体模型,并用Hypermesh软件划分网格,用试验测试橡胶材料的应力应变关系。将有限元模型导入非线性有限元软件abaqus中进行数值计算。计算结果表明,所提出的方法是切实可行,为汽车悬架用空气弹簧研制开发提供了一种较为经济实用的预估方法。     

飞轮储能磁轴承系统结构及其悬浮特性

介绍了一种由径向永磁轴承与电磁推力轴承组成的单轴主动控制的飞轮储能磁轴承系统结构 ,径向永磁轴承提供径向恢复力与轴向悬浮力 ,电磁推力轴承提供轴向恢复力。并对系统的结构参数计算及其磁悬浮特性进行了分析与讨论。研究结果表明 ,永磁轴承动、静磁环轴向位移对系统承载力与刚度有明显影响 ,采用多对磁环永磁轴承 ,有利于提高系统承载力与径向刚度     

基于虚拟仪器的滚动轴承故障诊断系统的设计

根据滚动轴承信号的特点,提出了一种基于小波包分解和共振解调技术相结合的滚动轴承故障诊断方法,并开发了基于虚拟仪器的故障诊断系统.首先采用小波包将信号进行分解,再利用共振解调技术分析小波包的高频段,以诊断轴承故障.然后运用LabVIEW图形化编程语言设计了相应的滚动轴承故障诊断程序,最后在ADBE-56-N4型交流电机上实测了6305型滚动轴承故障模拟信号,分析结果表明,该方法有效地提取了故障特征和诊断轴承故障,有很好的实用性和有效性.     

声发射和小波包分析在损伤状态监测中的应用

为应用声发射技术对结构的损伤状态进行监测与识别,基于小波包分析提出了一种在线损伤监测方法。采用D-S证据理论对声发射信号的小波包能量谱进行多源信息融合得到改进的小波包能量谱,计算Mahalanobis距离构建结构损伤状态判别指标,采用t检验的概率方法考察不同损伤状态下判别指标的变化情况。旋转轴承结构的声发射信号分析结果表明,D-S证据理论能够对声发射信号的小波包能量谱识别样本抽取有效信息,结构损伤状态判别指标具有良好的结构损伤识别能力,能够准确地实现对结构不同损伤状态的识别。     

考虑滚子位置变化的圆柱滚子轴承非线性刚度特性分析

以圆柱滚子轴承为研究对象,考虑轴承运转过程中滚子周向位置分布的周期性变化,对经典圆柱滚子轴承载荷分布理论进行改进,并对由此引起的轴承刚度时变特性进行分析,同时研究圆柱滚子轴承平均刚度及平均接触滚子数随径向力的非线性变化规律。为了对改进理论算法进行验证,采用有限元接触分析方法对圆柱滚子轴承刚度及滚子接触状态进行分析。研究结果表明,改进理论算法和有限元接触法均能准确预测轴承瞬时刚度的时变特性及平均刚度随径向力的非线性变化特性,同时证明轴承平均接触滚子数的改变是轴承刚度变化的根源。基于改进理论算法进而分析轴承初始径向游隙、径向力、滚子设计数量等关键参数对圆柱滚子轴承性能的定量影响规律。     

考虑游隙的滚动轴承刚度模型及其时变特性分析

为了研究滚动轴承时变刚度对精密机床主轴回转精度的影响规律,在考虑游隙的条件下,建立滚动轴承的时变刚度模型,并提出采用平均刚度和刚度幅值变化率来表征刚度的时变特性.以深沟球轴承为例,分析了不同径向游隙、载荷、滚动体数对滚动轴承时变刚度的影响规律.结果表明,轴承的平均刚度与径向游隙负相关,与载荷和滚动体数正相关;刚度幅值变...