一种基于EMD的振动信号时频分析新方法研究

基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的希尔伯特变换(Hibert Tram:formation,HT),是先把一列时间序列数据通过经验模态分解成本征模函数(Intrinsic Mode Function,IMF),然后经过希尔伯特变换获得瞬时频率的信号处理方法.针对HT求瞬时频率的不足,提出了把IMF分解成包络和纯调频信号,然后通过对纯调频信号进行反余弦求瞬时频率的新方法.通过对非线性仿真信号研究表明,该方法是有效的.把该方法应用于转子横向裂纹的时频分析.表明能把横向裂纹转子的扭振所形成的相位调制现象检测出来,获得了良好的效果.仿真和实测信号的分析结果说明,用新方法对振动信号进行时频分析是有效的.该研究成果能广泛地用于信号时频分析领域.     

轴向载荷作用下无限长连续梁振动研究

研究了轴向静载荷作用下无限长等间距支承梁的横向振动问题。通过所建立的理论模型，分析了不同轴向载荷包括拉压对梁振动特性的影响，着重讨论了共振频率和对应幅值的变化规律；模型中，振动激励载荷为一作用于梁中的正弦变化的集中横向力，并考虑了梁横向变形阻尼系数、应变阻尼系数以及支承刚度对梁振动特性影响等因素。     

铁路桥梁横向振动控制——隔振的研究

本文根据铁路桥梁横向振动的特点和桥上轨道构造，提出了铁路桥梁横向振动控制的隔振方案及其物理实现，分析了隔振系统动力特性与隔振效率的匹配关系，根据本文隔振器的工作条件和使用环境，初步探讨了隔振器的设计原则和方法。并通过应用示例说明了隔振方案的可行性和有效性。     

高墩连续桥在移动车载作用下的横向振动分析

本文在将轮胎与路面之间的面接触引入车-桥耦合模型的基础上,进一步考虑车辆的横向自由度,从而提出一种新的车辆模型来研究移动车载作用下的桥梁横向振动。车辆轮胎被模拟成一个三维弹簧模型,轮胎与地面的接触面模拟成长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。考虑影响接触面间的横向力大小的三种重要参数如：滑移角、侧偏角、轮胎的“S”形运动对耦合系统的影响;并与炉坪大桥实测数据比较,验证本文方法的正确性,并分析了接触面积、车速等对横向振动的影响。     

基于主动支承的推进轴系横向振动传递控制方法研究

为减小螺旋桨激励下推进轴系的横向振动传递,提出了一种基于主动支承的控制方法.该方法在艉轴承处按垂直、水平两个正交方向布置连接艉轴承与壳体的主动支承,支承内部安装电磁作动器并采用直接速度反馈,抑制螺旋桨横向激励通过艉轴承支承向壳体传递,降低螺旋桨横向脉动力诱发的壳体表面振动与声辐射.建立了桨轴系-主动支承-壳体的耦合动力...     

基于Mindlin理论的齿轮横向振动模型

针对圆柱齿轮中心带孔,厚径比已经不在经典的薄板理论范围之内的结构特点,将其分别简化为直径等于分度圆、齿顶圆和齿根圆的中厚圆环板。基于Mindlin理论,推导了在自由边界条件下中厚圆环板横向振动频率方程,利用MATLAB软件对频率方程进行求解,并与有限元方法计算结果和实验测试结果对比分析。结果表明：只有将齿轮简化为直径等于分度圆的中厚圆环板时,三者结果才基本相符,从而验证了简化模型的可行性。该结论对超声珩齿振动系统设计具有一定的理论指导意义。     

轻型铁路桥墩横向振动问题研究

针对铁路提速后大部分轻型墩桥梁横向车桥耦合振动幅值过大这一问题,提出采用多重调谐质量阻尼器MTMD(Multiple Tuned Mass Damper)对其进行控制。首先将被控桥墩简化为单自由度体系,建立了桥墩-MTMD系统力学模型和运动微分方程,全面系统地分析了MTMD各设计参数对动力放大系数的影响规律。经分析可知,MTMD的频带宽度、阻尼比、质量比、中心频率比和TMD的个数对结构振动控制有重要影响,应对其进行优化。在此基础上,以某特大桥的轻型墩为例设计MTMD,并对采用MTMD控制铁路轻型墩横向车桥耦合振动的效果进行了模拟分析,分析结果表明:MTMD能够有效地控制铁路轻型桥墩的横向振动,但减振效果与桥墩振动时程特征有关。     

基于EMD与神经网络的滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障振动信号的非平稳特征，提出了一种基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，简称EMD)和神经网络的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对原始信号进行了经验模态分解，将其分解为多个平稳的固有模态函数(Intrinsic Mode function，简称IMF)之和，再选取若干个包含主要故障信息的IMF分量进行进一步分析，由于滚动轴承发生故障时，加速度振动信号各频带的能量会发生变化，因而可从各IMF分量中提取能量特征参数作为神经网络的输入参数来识别滚动轴承的故障类型。对滚动轴承的正常状态、内圈故障和外圈故障信号的分析结果表明，以EMD为预处理器提取各频带能量作为特征参数的神经网络诊断方法比以小波包分析为预处理器的神经网络诊断方法有更高的故障识别率，可以准确、有效地识别滚动轴承的工作状态和故障类型。     

空间变化的地震作用下单层厂房的横向振动

本文将单层厂房的屋盖化成剪切梁,柱刚度连续化,建立了屋盖振动方程,提出了二种边界条件下厂房的拟静态和动态反应的计算方法,与以往计算方法比较,本文方法更具普遍性。     

粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真

聚合物抽油机井抽油杆柱在粘弹性流体井筒内偏心运动时,抽油杆柱受到交变粘弹性流体法向力的作用。该文指出了交变粘弹性流体法向力是抽油杆柱横向振动的激励。考虑抽油杆柱所受粘弹性流体法向力与抽油杆柱横向振动位移的耦合关系,建立了受粘弹性流体法向力作用的抽油杆柱在油管内横向振动仿真的力学和数学模型。采用有限差分法和Newmark法实现了对抽油杆柱在油管内横向振动的仿真计算。分析了抽油杆柱在初始偏心和粘弹性流体法向力激励下的横向振动规律。仿真结果表明:抽油杆柱的任何初始偏心都会导致在全井范围内发生杆管碰撞现象;抽油杆柱下冲程杆管碰撞更为剧烈,且泵端附近碰撞力最大;由于粘弹性流体法向力的存在,杆柱与油管壁的接触碰撞更加频繁,加剧了杆管偏磨。所建立的粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真模型对于聚驱井杆管偏磨分析、扶正器的优化配置具有指导作用。     

基于改进EMD与形态滤波的齿轮故障特征提取

针对齿轮故障特征往往被强背景噪声淹没的问题,提出一种改进EMD与形态滤波相结合的齿轮故障特征提取新方法。首先采用开－闭、闭－开级联而成的组合形态滤波器对原始故障信号进行消噪处理,然后通过EMD方法将包含在齿轮故障信号中的各个频率族信号分离,再采用互信息方法消除传统EMD分解结果中包含的虚假分量,最后利用分解得到的各阶固有模态函数为单一分量调制信号的特点,通过差值形态滤波的方式对分量信号进行解调以提取故障特征。齿轮故障实验信号的研究结果表明：该方法可有效的提取齿轮故障特征信息并抑制噪声,而且能够取得比传统包络解调分析更好的效果。     

改进EEMD高速列车隧道交会横向振动研究

高速列车隧道交会时形成巨大的冲击压力,对列车横向振动产生巨大影响,同时,其横向振动也受轨道不平顺的影响。针对现有的经验模态分解(EMD)降噪过程中存在端点效应和模态混叠现象,提出一种改进的集合经验模态分解(IEEMD),并运用仿真信号验证该方法的有效性。对实测横向振动信号进行IEEDM分解,并结合相关性系数提取出气动载荷引起的横向振动;进一步分析轨道不平顺、气动载荷以及它们共同作用对列车横向振动的影响。研究结果表明:相比于轨道不平顺,气动载荷是引起横向振动的主要原因。     

基于EMD及主成分分析的缺陷超声信号特征提取研究

针对非线性、非平稳超声缺陷信号的特征提取问题,提出一种经验模态分解(EMD)和主成分分析(PCA)相结合的缺陷信号特征提取方法。对缺陷信号进行EMD分解得到本征模态函数(IMF),根据能量比率累积选取IMF,平均截取傅里叶变换后的各模态频谱得到能表征原信号的特征向量集;构建PCA模型,特征向量集降维得到低维特征向量,该过程可降低缺陷信号分析数据的复杂度和冗余度,以BP神经网络为缺陷分类器对缺陷特征进行识别与分类。实验结果表明该方法具有可靠的识别与分类效果。     

基于随机共振预处理的振动故障特征提取研究

为有效降低噪声对机械故障特征提取结果干扰,提高故障特征集分类性能,提出基于随机共振(SR)预处理的故障特征提取方法。用随机共振方法对振动信号预处理,提高输出信号信噪比,增强信号频率特性;将随机共振输出信号用于特征集提取。为验证随机共振对信号预处理效果,分别提取基于时域、频域及时频域分析的故障特征集用于故障诊断;用转子试验数据对该方法所取特征集进行检验。结果表明,经随机共振处理后提取的各特征集与原始数据提取的特征集相比,均表现出较好分类性能,且其诊断结果的确定性较原始特征好,有望应用于工程实际。     

基于EMD-EDT的行星齿轮箱特征提取及状态识别方法研究

针对行星齿轮箱特征提取及状态识别中存在的难点问题,本文首先总结适用于行星齿轮箱状态识别的36个特征参数并详细说明各参数的来源及提取方法,提出基于EDT的两阶段特征参数选择及加权方法,得到新的组合特征参数。提出基于EMD-EDT的行星齿轮箱状态识别方法;首先提出基于能量比的包含敏感故障信息的固有模态函数（IMF）选择方法,然后选择提取筛选出的各IMF的组合特征参数构成特征矩阵作为EDT的计算输入,最后智能的输出评估结果。利用行星齿轮箱预置故障实验数据验证所提出方法的可行性和有效性及EMD分解、特征选择和加权过程的必要性。     

基于改进EMD和滑动峰态算法的滚动轴承故障特征提取

针对滚动轴承故障特征往往被强背景噪声淹没的特点,提出一种基于改进经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)与滑动峰态算法的滚动轴承故障特征提取方法。首先利用EMD方法分解原故障信号得到一组平稳固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)。然后采用互信息和广义相关系数筛选法消除传统EMD分解结果中虚假分量,并运用滑动峰态算法对真实IMF分量处理得到滑动峰态时间序列。最后计算滑动峰态序列频谱提取故障特征频率。滚动轴承的实例研究结果表明：该方法能够有效提取滚动轴承故障特征,可以取得比直接滑动峰态算法和传统包络解调分析更好的效果。     

随机共振液压泵故障特征信号提取

针对强噪声背景下的液压泵故障特征提取问题,提出一种自适应级联单势阱随机共振的特征提取方法。首先验证广义相关系数可作为自适应随机共振优化算法的目标函数,然后采用量子遗传算法优化单势阱随机共振系统的结构参数,再将所得的自适应单势阱随机共振系统进行级联。该方法只需调节每一级随机共振的一个系统结构参数,优化速度快,且采用级联方式能更准确地提取液压泵故障信号的低频成分。数值仿真分析表明:该方法可有效地提取淹没在强噪声背景下的多频信号;实际测试结果证明其能有效地检测液压泵故障信号的特征频率,为液压泵故障预测和诊断奠定基础。     

TMD对列车作用下大跨钢桁架桥的振动控制研究

南京长江大桥是连接我国南北的重要交通命脉,考虑到列车引起的振动对该桥危害较大,有必要采取有效措施对其进行振动控制。结合车桥动力方程,有限元分析时将列车经过大桥全过程的桥梁结构作为时变系统来考虑,基于ANSYS平台编制了动力时程响应分析程序。据此研究了调谐质量阻尼器(TMD)在该桥减振控制中的参数敏感性和控制效果,并对比分析了列车时速对减振效果的影响。结果表明,TMD在其刚度和阻尼系数取值合理时可达到最优控制效果;设计TMD对该桥列车致振动竖向加速度的控制效果明显,且在列车时速较高时减振效果更加显著。     

列车移动荷载作用下饱和地基的地面振动特性分析

基于饱和土的Biot波动方程和边界条件,利用Fourier变换和Galerkin法推导出频域内的u-w格式的2.5维有限元方程。把轨道视为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题。通过解方程首先获得饱和土体频域-波数域的位移解答,然后通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的位移解答。通过计算实例验证了计算模型。建立轨道-地基模型,对饱和地基上列车运行引起的地面振动进行了分析,详细讨论了动力渗透系数、孔隙率、土骨架密度和剪切波速等参数对地面振动传播与衰减的影响规律分析。研究表明;在垂直轨道方向,随着与轨道中心距离增加,加速度幅值和主频迅速衰减;饱和土体动力渗透系数、孔隙率、剪切波速和土骨架密度对地表位移幅值均有较大的影响     

基于EMD与振动综合度的再制造发动机磨合质量评价研究

针对再制造发动机产品质量一致性较差导致出厂验收磨合效率低的问题,通过对发动机表面振动信号的实时监测与分析,达到判断其磨合质量,提高工作效率的目的。利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)的结果,基于对振动综合度的应用研究,提出磨合质量参数作为评价再制造发动机磨合质量的指标。通过对比再制造发动机与在用发动机的分析结果,结合发动机性能试验数据,证明磨合质量参数随着磨合过程的进行逐渐减小,且具有良好的灵敏度。在综合分析多台发动机试验结果的基础上,提出将3%作为磨合质量参数的阈值,以此评价再制造发动机的磨合质量。