改进锤击法试验模态分析技术的研究

介绍了基于自主开发的信号采集分析系统（VTCL_DSP）、试验模态分析系统（VTCL_MDT）软件和以NI-USB9215A信号采集器、三向加速度传感器为核心的硬件而搭建的锤击法试验模态分析系统。引入了测量点响应矢量概念,采用定时长采集和变时基提取技术获取触发过程的激励力和响应信号。探讨了单点激励多点三向量响应模态试验分析方法来获得结构的完整模态振型的优点。给出了某SUV动力总成和某跑车白车身模态分析的应用实例,结果表明,系统具有较高的实用性,对试验模态的改进有推动作用。     

基于谐波窗方法的转子轴心轨迹提纯

轴心轨迹是旋转机械转子振动信号时域分析的重要内容之一,不同的轴心轨迹反映出不同的转子运动状态或故障的基本信息。在深入研究谐波小波盒形频谱特性的基础上,采用了不分层分析的谐波窗方法来提纯轴心轨迹。该方法实现了真正意义上的信号任意频段的任意细化,可以将感兴趣的频段提取出来,然后进行时域重构,就能得到提纯的轴心轨迹。文中对小型转子试验台轴心轨迹的成功提纯验证了该方法的有效性。该方法具备算法简单,易于现场采用等优点,为转子故障信号的分析创造了条件。     

基于自适应谐波小波和能量熵的转子系统故障诊断研究

针对转子系统非平稳振动时故障特征难以准确提取的问题,提出一种基于自适应谐波小波和能量熵的转子系统故障诊断方法。首先,采用连续谐波小波方法分解转子信号,克服"二进制"谐波小波包分解不能任意选取感兴趣频段的缺限,同时在分解过程中通过时间尺度变换的方式消除信号采集过程中不同转速及采样频率的影响;然后,通过设定合理的分解参数,提取出表征转子系统的故障特征信息并构建故障模式矩阵,得到转子系统早期局部碰摩、全周碰摩、油膜涡动和油膜振荡等4种工况下的能量熵值;最后,将特征向量输入支持向量机(support vector machine,SVM)判断出转子系统的故障类型。试验结果表明:该方法可以有效用于转子系统的故障诊断。     

基于谐波小波包变换的齿轮箱包络解调分析

齿轮箱发生某些故障时所产生的非平稳信号具有多分量调制的特点,啮合分量及倍频受噪声干扰影响严重且相互交叠,信号频带较宽异常复杂,给故障诊断带来了很大的障碍。在研究谐波小波频段分解与Hibert解调分析的基础上,提出了基于谐波小波包变换的解调分析法的实现过程。该方法首先对预处理后的信号进行三次样条插值并作必要的频谱分析;然后结合频谱特征与齿轮箱故障特征频率的理论计算值,确定所需提取的特征啮合分量;继而确定谐波小波包分解层数与提取的频带带宽,再通过傅立叶变换及反变换得到相应的特征啮合分量;最后采用Hilbert算子对提取出的啮合分量进行包络解调分析。将该方法应用到实际齿轮箱的磨损及点蚀故障的诊断试验中,验证了该方法对任意频段调制信息的精确提取能力,为齿轮箱故障源及故障程度的准确定位提供了可靠的判断依据。     

基于谐波小波包和BP神经网络的滚动轴承声发射故障模式识别技术

由于滚动轴承声发射信号在各频段的能量分布与轴承的故障类型相关,可以利用谐波小波包将不同故障滚动轴承的声发射信号分解到不同频段,进而将各频段的能量组成特征向量输入BP神经网络,通过神经网络判别滚动轴承的故障类型。利用神经网络对滚动轴承进行故障识别时,对谐波小波包和Daubechies小波包进行了比较。实验结果表明对于滚动轴承声发射信号的故障模式识别,将谐波小波包分解和BP神经网络相结合的方法可以获得良好的效果。     

谐波窗方法及其在裂纹故障识别中的应用

分析了谐波小波的优点。在研究谐波小波的频段分解的基础上，提出了不分层分析的谐波窗方法。推导了谐波窗的频段分析表达式，并给出了实现过程。该方法显示了小波分析的窗口伸缩功能．但避免了在基于二进的小波变换过程中，由于隔点采样导致的信息丢失现象。利用该方法对3个数字信号进行分析，体现了该方法对近频信号和微弱瞬态信号的识别能力，也体现了该方法对淹没在强噪声中微弱周期信号的提取能力。利用该方法，对某汽车齿轮箱的裂纹故障产生的原因进行振动信号的频域识别，得到了满意结果。     

航空发动机整机振动信号分析

为了解决航空发动机的整机振动分析问题,提出一种基于谐波小波的振动信号分析方法。首选对振动信号进行谐波小波变换,得到信号的时频表示;根据时频图提取信号特征,得到信号的特征频率;根据与基频信号的对比,识别发动机的振动故障类型。实验结果表明,该方法可以准确地识别出发动机的三种典型振动故障。与传统基于小波分析方法相比,基于谐波小波的方法具有更准确的振动故障特征识别能力,适用于振动信号的分析。     

应用小波分析提取故障诊断信号的特定频段

在总结小波分析对信号特定频段提取技术(定义方法、组合小波方法、多分辨率分析方法、小波包方法)，以及对这些技术的有效件、适应性进行比较的基础上，通过仿真试验实现了对合成信号的频率分解，达到和FFT相类似的效果，同时，把基于小波分析的频段提取技术应用到旋转机械的故障诊断中，分析结果表明该技术可以有效地实现有用频段的提取和干扰频段的抑制。     

谐波小波滤波在旋转机械信号分析中的应用

由于谐波小波具有良好的盒形频谱特性,应用谐波小波可以将非平稳振动信号既不交叠又无遗漏地分解到相互独立的频带上去,特定频段的成分与信号的其它频率成分通过谐波小波分解被分离了,再进行重构就可将特定频段的成分提取出来,实现谐波小波滤波.     

基于Hermitian小波的信号奇异性识别

机械设备由于故障而诱发的信号往往具有奇异性(Singularity),正确识别奇异性对设备监测诊断十分重要.采用高斯函数的一阶、二阶导数构成复数Hermitian小波进行奇异性识别,具有两个优点:其一是由于Hermitian小波的Fourier变换是实数,对信号进行变换时不会有相位的改变;其二是与Morlet小波相比较,Hermitian小波的实部和虚部振荡次数少,可用较少的数据点对信号进行卷积,从而不会损坏信号的奇异性.本文提出了基于Hermitian小波变换的时间-尺度幅图和相图的信号奇异性识别方法,在大型空气压缩机的齿轮箱撞击摩擦故障诊断中取得了成功的应用.     

不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程数值模拟

利用自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法,开展了不同冲击速度条件下矩形巷道围岩变形-开裂过程的数值模拟研究。当岩石单元的应力满足剪切开裂判据时,考虑了应力脆性跌落效应,在此过程中,围压保持不变。为了检验该方法的正确性,开展了单轴压缩条件下岩样变形-开裂过程的数值模拟研究。针对矩形巷道围岩的计算表明:①冲击速度低时载荷-位移曲线呈单峰特点;冲击速度高时载荷-位移曲线呈多峰特点;②冲击速度低时围岩的开裂呈渐进性特点;冲击速度高时围岩的开裂呈间歇性特点,这与在冲击过程中围岩中过去形成的一种较为稳定的结构(拱)被打破,并在其外围形成了新的稳定结构(拱)有关;③在模型相同垂直方向位移时,冲击速度低时围岩两帮的开裂深度较大,这说明冲击速度低时应力的传递较为均匀,冲击速度低时的结果(例如,V形坑内岩石碎块涌入巷道)与围岩的片帮类似;冲击速度高时的结果(例如,岩石碎块的弹射现象)与岩爆类似。     

齿轮非线性动力系统的振动功率流分析

针对一对含侧隙、具有时变啮合刚度的非线性齿轮系统动力学模型,通过对该系统的振源功率进行分析,推导了系统振动功率流的时域仿真算法,探讨了决定系统功率流水平的主要因素。并综合运用点映射和胞映射方法,分析比较了系统对不同参数连续变化的分岔图和功率流图谱,研究了参数变化对功率流的影响,以期为将功率流理论应用于非线性齿轮啮合系统提供参考。     

一种基于均方比值的人致结构振动加速度响应信号筛选方法

提出了一种基于人致楼板振动响应的加速度均方根值参数,该参数是结构振动响应信号均方根值和加权均方根值的比值,该参数能够快速判断采集到的人致楼板构振动信号数据是否异常。通过人致楼板振动响应均方根值的理论推导得到了该参数的具体表达式,同时通过建立施加不同工况的人群荷载有限元楼板模型,和不同工况人群作用下楼板振动现场试验,对该参数的性质进行了论证,该参数受人群荷载的参数影响小,与结构自身的基本性质相关性大,在处理大量数据信号时,可以通过该参数对数据进行快速筛选。     

摩擦对齿轮振动噪声影响的研究进展

围绕齿面摩擦引起的齿轮系统振动和噪声问题,从计入齿面摩擦的齿轮动力学模型、齿轮系统动态响应、齿轮摩擦噪声以及实验研究等方面,综述了近20年来齿轮振动噪声的研究现状和发展趋势。重点阐述了计入齿面摩擦的齿轮动力学研究的方式方法,总结了计入摩擦齿轮动力学的主要研究结论。最后就现有研究中存在的主要问题及研究方向提出了建议。     

考虑索间作用的斜拉桥耦合振动研究

为了研究几何非线性条件下斜拉桥索梁耦合振动与索间作用问题,以两条斜拉索与简支梁组合体系为简化模型,利用D’Alembert原理建立考虑初始垂度的索梁体系非线性偏微分方程,设定索的前两阶复合振动模态与梁的基本模态,运用Galerkin方法将其离散为二阶常微分方程,并使用四阶—五阶Runge-Kutta方法对索与梁的振动响应进行了数值分析。结果表明:在双索单梁组合结构中,特定频率条件下一阶模态与主梁强烈耦合,二阶模态与主梁小程度耦合;与单梁单索结构相比,多索导致主梁频率增大,索间作用使得索振幅增大、拍频降低,面内一阶模态对索梁变化更敏感;当索梁频率不变时,索间作用对耦合振动产生的索大幅振动有明显抑制作用,且索梁结构对主梁初位移变化更敏感。     

基于多重分形分析的核爆与雷电电磁脉冲识别

根据核爆和雷电电磁脉冲信号非平稳、非线性特点,对NMEP和LEMP信号进行了多重分形分析,计算了二者的多重分形广义维数 和广义维数的变化率,通过分析发现,广义维数的变化率更能反映核爆和雷电的不同产生机理,并且和广义维数相比,以广义维数的变化率作为特征,对NEMP和LEMP的识别率更高,更稳定,可以对核爆和雷电电磁脉冲进行有效的识别。     

基于宽频-多模态的复合俘能器的解析模型与实验研究

为提高单频压电振动俘能器的能量转换效率和工作频带,结合压电和电磁能量转换机制,提出了一种新的混合俘能器系统。该系统由PZT悬臂梁、弹性悬挂磁铁块、粘附于悬臂梁末端磁铁块及谐振器等组成,引入谐振器及磁铁可实现增加系统模态数量和非线性。基于此混合振动俘能器建立了改进型连续体机电耦合解析模型,并由龙格-库塔算法进行了求解。在此基础上,研制了振动俘能器原理样机,并搭建了实验系统,通过实验和解析评估方法完成了单一式和复合式俘能器性能比对和评估;研究表明,所研究的混合型振动俘能器相对常规振动能量俘集原理可实现较宽的频率范围及多模态振动能量俘集,且能量俘集效率明显提高,具有较好的应用前景。     

多跨覆冰导线脱冰振动模型风洞试验研究

覆冰导线脱冰可能造成金具、导线和杆塔等构件受力破坏,也可能会引起导线闪络、烧断等电力事故。设计了1∶50的三跨覆冰导线的缩尺模型,采用熔断集中荷载的方法模拟导线脱冰,共七种工况研究三跨导线中脱冰量、脱冰跨位置、覆冰厚度和风速等参数不同时,导线的冰跳高度、导线张力和绝缘子轴力变化规律。结果表明:边跨脱冰将引起比中间跨脱冰更大的竖向振动,跳跃高度增大了近7%,导线张力也有明显增大;在风荷载作用时,导线脱冰振动会受气动阻尼影响,跳跃高度和振动周期都有所减小,导线张力和悬垂绝缘子的轴力随着风荷载增大而增大。     

地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究

深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法,研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明:随着地应力水平的提高,岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低,非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展,但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响;地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性,随着地应力的增大,更多的炸药爆炸能转化为地震波能量,产生的高频地震波随距离衰减更快,且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。     

气动扰流对飞机T型尾翼跨音速颤振影响的试验研究

跨音速颤振试验通常在稳定的理想流场中进行,不考虑实际非稳定流场的气动扰流对颤振特性的影响。在飞机T型尾翼跨音速颤振试验中,通过设置一种气动扰流装置对风洞流场实施干扰以研究气动扰流对飞机T型尾翼跨音速颤振特性的影响。试验结果表明,气动扰流可以将飞机T型尾翼的颤振耦合模态从平尾弯扭耦合型改变为垂尾弯扭耦合型;可显著降低飞机T型尾翼的颤振动压,翼面外气动扰流较翼面内气动扰流对飞机T尾颤振特性的影响作用大。其原因在于施加的气动扰流所诱导产生的跨音速激波作用在垂尾翼面上改变了垂尾的非定常气动力,引起气动刚度和气动阻尼发生改变,由于平尾的气动阻尼相对较大,可以预计,一旦气动扰流引起垂尾的气动阻尼迅速减小到其临界颤振阻尼,则会引起垂尾弯扭耦合颤振型先于平尾弯扭耦合颤振型发生,从而表现出T尾颤振动压的降低。在颤振模型风洞试验中,当风洞试验结果与期望不一致时,需要研究气动扰流的影响。