二维摩擦接触问题迭代法与非线性互补算法的等价性

本文证明了二维摩擦接触问题一种迭代法与非线性互补算法的等价性,为迭代法的收敛性找到了理论依据,并由此提出了这种迭代法的修正方法,使迭代法也能保证收敛。     

摩擦接触裂纹问题的扩展有限元法

扩展有限元法(XFEM)是一种在常规有限元框架内求解强和弱不连续问题的新型数值方法。扩展有限元法分析闭合型裂纹时,必须考虑裂纹面间的接触问题。已有文献均采用迭代法求解裂纹面的接触问题。该文建立了闭合型摩擦裂纹问题的扩展有限元线性互补模型,将裂纹面非线性摩擦接触转化为一个线性互补问题求解,不需要迭代求解。算例分析说明了该方法的正确性和有效性,同时表明扩展有限元法结合线性互补法求解接触问题具有较好的前景。     

基于分形理论的两粗糙表面接触的黏滑摩擦模型EI北大核心CSCD

两粗糙表面的接触本质上是大量微凸体的接触,具有复杂的力学行为,连接界面的力学建模是重要的科学问题。从微观角度出发,对单个微凸体进行接触分析,并考虑了微凸体相互作用造成的基底面的下降,根据分形理论积分,建立了整个接触面的法向接触模型。利用该模型,可确定在给定法向预紧载荷下微接触截面积的概率密度函数;根据Mindlin模型、Masing准则和分形理论,建立了两粗糙表面接触的切向载荷与切向位移的关系,并研究了不同参数对系统能量耗散的影响。数值仿真结果表明,能量耗散随分形维数D增大而增大,随分形粗糙度参数G及法向预紧力增大而降低。     

钢板弹簧刚度特性及接触摩擦的非线性有限元分析

传统的钢板弹簧计算方法在精确建立力学模型时难度较大。考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素,建立某钢板弹簧的计算模型。提出考虑由相邻叶片所组成的接触对上接触压力和应力的分布分析方法,计算不同摩擦系数和载荷情况下的变形、等效应力和接触摩擦力对板簧力学性能的影响,以及不同簧片接触对之间接触压力、摩擦应力,接触总应力的相关性,得到若干研究结果。所提出的方法为进一步研究钢板弹簧中相邻叶片之间的非线性状态提供参考。     

考虑支座及限位装置非线性的接触摩擦单元模型

在连续梁桥活动墩上设置限位装置后,活动墩处将包含活动支座的摩擦及限位装置的接触碰撞两种非线性,综合摩擦单元及接触单元的特性,分别考虑接触单元的弹性及弹塑性情况,提出了接触摩擦单元的有限元模型,给出了接触摩擦单元的滞回曲线,针对卸载曲线的不同状态,分别推导出了其卸载刚度;利用接触摩擦单元对设置有分散抗震挡块及活动摩擦支座的连续梁桥进行了非线性地震反应分析,对挡块在降低连续梁桥固定墩地震反应上的分散抗震作用进行了研究,该接触摩擦单元可用于设置有防落梁装置及活动支座桥梁的较为细致的抗震分析模型。     

二维摩擦接触问题迭代法与非线性互补算法的等价法

本文证明了二维摩擦接触问题一种迭代法与非线性互补算法的等价性,为迭代法的收敛性找到了理论依据,并由此提出了这种迭代法的修正方法,使迭代法也能保证收敛。     

基于MLS-NMM的摩擦接触问题研究

摩擦接触问题的求解是将基于移动最小二乘插值的数值流形法（MLS-NMM）应用到裂纹扩展的必经之路。该文通过结合罚-线性互补方式的施加接触边界条件,并使用拉格朗日乘子法施加本质边界条件,得出一套基于MLS_NMM的摩擦接触问题的求解体系。该方法无需节点与边界重合,则可域外布点和均匀布点,来提高插值精度和降低布点难度,尤其是接触边界处。采用罚-线性互补的方式施加接触条件,使计算格式统一而简洁,利于编程实现。通过算例表明,该方法能准确地模拟接触面的张开、黏结和滑动状态,证明该方法对求解接触摩擦问题是可行的、有效的。     

求解摩擦接触问题的IGA-B可微方程组方法

该文将等几何分析（Isogeometric analysis,简称IGA）和B可微方程组方法相结合,提出了求解弹性摩擦接触问题的IGA-B可微方程组方法。其中,接触边界的几何形状由非均匀有理B样条（NURBS）精确描述;接触条件则表示成B可微方程组的形式,可被严格满足,且在一定条件下求解该方程组的算法收敛性有理论保证。数值算例验证了该文方法用于求解弹性摩擦接触问题的有效性,计算精度较高,通过与ANSYS软件中的接触模型相比,计算自由度数可以大量节约。     

基于接触模型和峭度最优Laplace小波的滚动轴承量化诊断

研究了滚动轴承损伤量化诊断中的正反问题.通过对轴承界面相互作用的动态接触理论及摩擦学系统行为的研究,运用振动传递路径表征物理模型.该模型计及负荷分布、游隙的影响,考虑接触滑移、分离作用,由表面轮廓变化描述局部损伤扩展,由测量信号修正模型参数,实现真实工况下轴承服役与数值模拟的有机结合.通过正问题求解构造峭度最优Laplace小波来提取无量纲指标,进而形成损伤矩阵数据库.将反问题计算转化为多维优化问题,利用灰色关联度寻优求解出与输入值最近的样本点,进而测出轴承损伤的位置和具体尺寸.最后的实例分析表明,此方法具有较好的精度和鲁棒性,且易于在工程实践中推广.     

基于灰色理论的电站机组状态监测与故障诊断方法

本文主要研究了灰色理论在大型旋转机械的状态监测与故障诊断中的方法与应用问题。鉴于一般关联度分析方法在故障诊断应用中没有考虑到特征参数对诊断结果的不同影响,本文提出了加权关联度这一新概念,并给出了加权关联度用于旋转机械诊断中的方法与步骤。这种诊断方法能根据诊断结果采用自学习修正方法来修正关联度参数,提高诊断的准确度,并有很好的前景。     

基于内积延拓LMD及SVM的轴承故障诊断方法研究

针对特征提取中局域均值分解(Local Mean Decomposition, LMD)存在端点效应缺陷及模式识别中人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)存在收敛速度慢、过学习等不足,提出基于内积延拓LMD及支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的轴承故障诊断方法。利用内积延拓LMD方法对信号延拓分解抑制LMD端点效应;利用分解的可描述信号特性主分量PF(Product Function)构建初始特征向量矩阵;用SVD(Singular Value Decomposition)方法对初始特征向量矩阵进行奇异值分解,获得信号特征参数作为SVM的输入进行训练;对训练的SVM进行测试及模式分类。通过实际轴承故障信号分析及故障类型分类表明,该方法不仅能抑制LMD端点效应缺陷,且在故障模式识别中能有效避免ANN网络结构难确定、收敛速度慢等不足,能较好实现轴承故障准确分类,可用于轴承故障诊断。     

基于LMD自适应多尺度形态学和Teager能量算子方法在轴承故障诊断中的应用

为了从故障轴承信号中提取包含故障信号的特征频率,提出了基于LMD自适应多尺度形态学和Teager能量算子解调的方法。首先,采用LMD将目标信号分解成有限个PF（Product function,PF）分量,分别对其进行多尺度形态学滤波,利用峭度准则优化形态学结构元素尺度,自适应寻求最优解,最后用Teager能量算子计算各PF分量的瞬时幅值,通过瞬时Teager能量的Fourier频谱识别轴承的故障特征频率。为了验证理论的正确性,进行了数字仿真实验和轴承故障模拟实验,并与EMD形态学和包络解调方法进行了比较,结果表明该算法明显优于其他两种方法,对滚动轴承外圈、内圈和滚子故障的检测精度更高,能够清晰地提取出故障信号的频率特征。     

润滑状态下线接触滑动粗糙界面的动摩擦特性研究

滑动粗糙界面的摩擦润滑特性对界面的润滑设计和润滑状态预测具有重要的理论和实际意义。本文通过建立不同润滑状态下的滑动粗糙界面模型,基于界面的法向载荷由润滑油膜和粗糙体共同承担的载荷分配思想,采用Greenwood-Williamson统计模型描述粗糙表面形貌,考虑界面润滑的时变效应和润滑油的粘-压特性,建立了线接触滑动粗糙界面的油膜厚度方程和粗糙体接触压力方程,获得了整个润滑区的润滑油膜载荷比例因子、油膜厚度和摩擦系数随滑动速度的变化关系,推导了界面由混合润滑过渡为液压润滑的临界速度关系表达式,分析了滑动粗糙界面的润滑承载机理,获得了界面油膜厚度、摩擦系数和临界速度随界面形貌参数、法向载荷、润滑油属性参数的变化规律,为机械结构的界面润滑设计、润滑状态预测和润滑优化提供理论和实验参考。     

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。     

基于复杂网络社团聚类的复合故障特征分离诊断方法

针对复合故障多种故障特征相互叠加彼此干扰,给全面准确诊断带来困难,提出了基于复杂网络社团聚类的复合故障特征分离诊断方法。该方法首先应用EMD将复合故障信号分解为若干个IMF分量,由于不同单一故障的特征会在不同频段得以体现,提取每个IMF分量的特征量,建立故障数据网络模型;然后将每个IMF分量视为网络中的社团,根据复杂网络社团结构的特性,进行同类社团合并,合并所得每个社团与单一故障相对应,最后对合并的信号进行分析,实现复合故障特征分离。本文以转子不平衡和轴承内圈、轴承内圈和滚动体复合故障特征分离与诊断为例,验证了该方法的可行性。     

基于KSLPP与RWKNN的旋转机械故障诊断

针对旋转机械高维故障特征集识别精度低的问题,提出基于核监督局部保留投影（Kernel Supervised Locality Preserving Projection, KSLPP）与ReliefF特征加权的K近邻（ReliefF Weighted K-Nearest Neighbor, RWKNN）分类器相结合的维数约简故障诊断方法。该方法首先应用KSLPP提取故障特征集中的非线性信息,同时在降维投影过程中充分利用类别信息,使降维后最小化类内散度,最大化类间分离度;随后,将降维后得到的低维敏感特征集输入RWKNN进行模式识别,RWKNN能够突出不同特征对分类的贡献率,强化敏感特征,弱化不相关特征,提升了分类精度和鲁棒性。最后,通过典型转子实验台的故障特征集验证了该方法的有效性。     

含间隙运动副机构的动力学特性研究

为了研究间隙运动副对机构动力学特性的影响,综合考虑转动副轴向尺寸、材料非线性系数以及碰撞过程能量损耗等因素,建立了一种改进的非线性接触碰撞力模型,同时提出了一种用于描述间隙处摩擦作用的修正的库伦摩擦模型。以曲柄滑块机构为研究对象,将上述接触碰撞力模型和摩擦力模型嵌入到系统动力学模型中,进行了动力学仿真分析,研究了不同间隙、驱动载荷及摩擦系数对机构动力学特性的影响,并将仿真结果与试验测试数据进行了对比分析。结果表明：基于文中改进的非线性接触碰撞力模型、修正的库伦摩擦力模型仿真计算结果,与实验结果吻合较好,能够准确、有效地描述含间隙运动副机构的动态特性。     

锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型研究

为建立锈蚀钢筋混凝土构件恢复力模型,本文通过对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度的各试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件抗震性能的影响。根据试验成果,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑钢筋锈蚀后引起结构截面几何损伤、钢筋和混凝土力学性能降低、粘结滑移性能劣化以及结构刚度退化等各种耐久性损伤因素,并考虑箍筋锈蚀引起结构延性的影响,提出了锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法。通过与试验进行对比分析表明模型描绘的骨架曲线和滞回曲线与试验结果总体吻合较好,所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用。     

径向动压浮环轴承-转子系统多稳定区域研究

以径向动压浮环轴承为研究对象,针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,用Routh-Hurwitz准则给出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统稳定性判据。用有限差分计算某高速径向动压浮环轴承刚度、阻尼系数,获得不同工况下系统稳定性曲线。结果表明,小偏心率下系统升速过程中呈现多个稳定区域,且随偏心率、内外膜半径间隙变化而变化。油膜温度变化亦会影响系统稳定性。为高速浮环轴承稳定性整体建模、分析提供借鉴。     

基于结构加速度误差最小化的声学预测模型修正

针对FEA（有限元分析）声学预测方法,提出了基于结构加速度响应误差最小化的声学预测模型修正方法。以模态迭加法为基础,结合模态应变能模态阻尼识别和频域载荷识别原理,重构了FEA声学预测模型,通过遗传算法优化结构损耗因子,使结构加速度响应计算值与实验值误差最小化,从而识别系统模态阻尼比及激励力,实现对声学预测模型参数的修正。将该方法与传统计算方法预测结果对比,结果表明：该方法可以精确识别系统模态阻尼和激励力,提高模型预测精度。