基于动能密度的结构损伤识别

摘 要: 提出改进的动能密度指标损伤识别法,基于加速度测试数据,直接在时域内进行损伤识别。首先从理论上分析了动能密度指标,介绍了基于该指标建立的损伤识别方法;接着指出了改方法存在的问题,并详细分析了原因;然后针对这些问题,采用基线修正技术及小波包变换方法对该方法进行改进;最后将改进后的动能密度指标识别法用于一连续梁数值模型和一钢框架动力试验的损伤识别,结果表明该方法能够有效识别损伤位置,大概反映损伤程度;并且无需完备的模态信息,能克服激励的影响,具有良好噪声鲁棒性,适用于多种结构的损伤识别。因此,可以预见该方法具有较大的工程实用价值。     

基于周期性激励的采煤机机电液截割传动系统特性分析

根据采煤机机电液截割传动系统的结构特点,考虑柱塞泵的流量脉动和齿轮传动系统的时变刚度,建立了包括泵和齿轮在内的传动系统机电液耦合模型。以流量脉动作为齿轮传动系统外部激励,以时变啮合刚度作为齿轮传动系统内部激励,基于内外部激励对采煤机机电液截割传动系统进行特性分析。结果表明:泵流量脉动对齿轮系统振动与动力学特性都有影响,且流量脉动作为外部激励是影响齿轮系统动力学特性的主要因素;考虑泵流量脉动后,马达输出呈现转矩脉动,截割传动系统总效率下降。     

汽车排气系统吊耳动刚度优化方法的研究

基于汽车排气系统吊耳传递的动态载荷最小、吊耳耐疲劳性最好,建立了考虑动力总成在内的排气系统振动分析模型。进行了排气系统的自由模态和约束模态的测试,并和计算值进行了对比分析,证明了所建立的排气系统振动模型的正确性。以吊耳的垂向动态载荷最小和其静变形量在一定范围内为优化目标,建立了排气系统吊耳动刚度优化模型。优化后,在怠速工况和2档全负荷加速工况下对车身底板驾驶员位置进行了振动响应测试,测试结果表明,利用优化后的吊耳刚度,能够有效降低车身底板的振动加速度,表明了阐述的排气系统建模和吊耳动刚度优化方法的有效性。文中建模与优化方法,对排气系统的吊耳动刚度计算与优化具有指导意义。     

非线性结构系统识别的自组织蒙特卡洛滤波方法

摘 要：提出一种对扩展的非线性状态空间模型进行识别的自组织序贯蒙特卡洛滤波方法. 通过在原始状态空间模型中增加未知待识别参数来定义扩展的状态空间模型,该模型为自组织非线性状态空间模型,适用于解决噪声分布的自校正问题;同时该系统识别方法通过引入局部似然函数,可以从有限的有效数据中进行最优参数选取.给出了Bouc-Wen滞回系统识别的数值算例,证明了该方法的有效性.     

框架结构基于改进直接刚度法的地震损伤评估

本文对直接刚度法进行了改进,用于识别基于以弯曲变形为主的结构的截面刚度,此法可根据截面刚度在地震前后的变化情况进行结构的损伤评估。改进后的方法简单实用,按照该方法开发的OpenSees系统识别工具箱有望应用于实际工程。本文对同济大学土工程防灾国家重点实验室在2003年进行的12层钢筋混凝土标准框架的振动台试验后的动力性能测试结果进行了数值模拟和试验对比,然后应用OpenSees系统识别工具箱进行地震损伤评估,结果表明改进的直接刚度方法及其工具箱对受弯曲变形为主的结构进行初步评估是有效和可行的。     

柔性聚氨酯泡沫动态性能的测试和系统参数的识别

文章描述了车内座椅用柔性聚氨酯泡沫动态性能的测试技术和主要系统参数的识别方法。测试实验装置中一刚性质量块被安放在3英寸的泡沫立方体上,该泡沫立方体为系统唯一的弹性材料。整个动态系统模型化为一单自由度系统。实验装置可由刚性质量块上的小的脉冲激励或由激振器在底座上激励。对于脉冲激励,由于其振幅较小,泡沫变形较小,可简化为一线性、粘弹性材料;对于激振器激励,振幅较大,引起的泡沫变形亦较大,此时泡沫可看成非线性的、粘弹性材料。对以上两种情况,分别测试其系统响应并根据实验数据计算识别出系统的主要参数。     

基于STUKF的非线性结构系统时变参数识别

针对非线性结构系统时变参数识别问题,传统无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)难以有效跟踪结构参数的变化。将强跟踪滤波原理引入无迹卡尔曼滤波,提出一种强跟踪无迹卡尔曼滤波(Strong Tracking Unscented Kalman Filter,STUKF)算法,以识别结构参数的变化。在UKF量测更新后,依据输出残差计算渐消因子矩阵;引入两个渐消因子矩阵实时调整状态预测协方差矩阵,使残差序列强行正交,快速修正结构参数估计值,使STUKF具有对结构参数变化的跟踪能力;此外,为节省计算时间,调整状态预测协方差矩阵后不再进行sigma点采样,保证了算法的高效性。数值分析结果表明,该算法能有效识别非线性结构系统的参数及其变化,并具有较强的抗噪性。     

L∞范数拟合正则化方法在飞行器动态载荷识别中的应用

基于变限积分理论,构造了响应函数最小二乘意义下的加权变限积分。通过适当次数的积分滑动平均,有效过滤测量噪声中的高频噪声。针对测量响应中残留的低频噪声,使用L_∞范数拟合正则化方法识别载荷,提出了一种选取L_∞范数拟合正则化方法最优正则化参数的单调性检验方法。数值仿真及试验验证说明单调性检验方法可以有效确定L_∞范数拟合正则化方法的最优正则化参数,得到比传统L_2范数正则化方法拟合性质更好精度更高的识别载荷;针对遥测数据中噪声特点,使用模拟遥测数据利用L_∞范数拟合正则化方法对冲击载荷进行了有效识别。     

两自由度非线性隔振系统线谱混沌化控制技术研究

线谱混沌化是提高潜艇声隐身性能的主要手段,但难以实现小振幅下的持续混沌化;同时,非线性隔振系统由于多个吸引子共存,混沌化品质依赖于初始条件和系统参数。为此,利用开环加非线性闭环方法研究两自由度非线性隔振系统的吸引子迁移和线谱混沌化。建立两自由度非线性隔振系统的动力学方程并分析其全局性态,得到系统的全局分岔特性及吸引子共存规律;通过开环加非线性闭环方法实现不同吸引子之间的迁移控制,使系统在不同初始条件下始终运行于基础振动最小的混沌吸引子上;利用开环加非线性闭环耦合方法实现驱动系统和响应系统之间的广义混沌同步,使系统在不同参数下始终处于小振幅持续混沌运动。仿真结果表明该方法具有可行性和稳定性,能实现隐匿线谱信息和保持隔振性能的双重功能。     

基于SDA和KPCA特征融合的供输弹系统早期故障识别

对于供输弹系统早期故障信号成分复杂,潜在故障征兆难以识别的问题,提出基于堆叠式降噪自动编码器(SDA)和核主成分分析(KPCA)特征融合的早期故障识别方法。所采集的供输弹系统信号经过去趋势项和五点三次平滑法处理后,首先将不同状态的振动信号和声压信号分别通过SDA进行特征提取;然后用KPCA对提取的振动信号和声压信号特征进行融合;最后运用支持向量机(SVM)对融合前后的特征分别进行识别并对比。试验结果表明,该方法能有效地对供输弹系统早期故障进行识别,且识别准确率达92.4%。     

多准则模糊关联的机械产品关键元动作识别

关键零件作为复杂机械产品的核心,对实现产品功能具有重要作用。然而,产品中零件数目庞大且具有耦合关系,导致识别关键零件十分困难。为实现产品关键单元的识别,从元动作出发,提出了一种面向复杂机械产品的多准则模糊关联综合评价的关键元动作识别方法。首先,利用“功能—运动—动作（fuction?montion?action, FMA）”的分解方法将复杂机械产品分解至最小运动单元——元动作;其次,基于不同元动作之间的运动和结构关系建立三角模糊评价矩阵,将证据理论与模糊关系结合,提出了模糊证据理论算法,实现了元动作之间不同关联信息的融合,解决了元动作之间信息模糊或缺失的问题,并在此基础上利用三角模糊数可能度关系的指标权重确定方法实现对元动作重要度的排序;最后,以国产某型号数控加工中心的转台为例,验证了该方法的合理性与有效性。研究表明：FMA分解方法从运动角度出发,可以简化整机的分解过程,有效表征产品零件的运动关系;从元动作的结构和运动关系分析元动作之间的相关性可以更好地研究元动作之间的耦合性;将证据理论带入模糊关系中进行不同元动作之间的关联信息融合,可以解决信息模糊问题。通过对元动作重要度的排序识别关键元动作,为后续对元动作单元的研究奠定了基础。     

Lattice energy and mechanical stiffness of hydroxyapatite

The lattice energy of the stoichiometric hydroxyapatite is calculated using three methods: the thermochemical method called Born-Fajans-Haber cycle (BHFC), the semi-empirical electrostatic method based on the generalized Kapustinskii equation, and the Glasser-Jenkins unit cell volume method. The three values of the lattice energy of the hydroxyapatite derived by the three methods are within 4% difference to each other (BHFC: 34,191 KJ/mole, generalized Kapustinskii equation: 32,808.9 KJ/mole, unit cell volume: 32,997.4 KJ/mole). The Voigt and Reuss effective elastic moduli of 19 simple ionic crystals, including those of the hydroxyapaptite, are calculated and are found to be linearly dependent on their volumetric lattice energy density (LED).     

利用速度控制抑制电液位置伺服系统冲击的方法

电液位置伺服系统在起动、换向以及动态过程中,对液压源流量的需求很大,当液压源供油能力相对不足时,产生液压冲击。为解决这一问题,提出利用液压执行器的速度信号抑制冲击的方法。通过检测执行器速度计算出执行器高压腔体积变化所产生的体积流量,当该体积流量大于液压源所能提供的最大实际流量时,冲击过程中出现暂短的压力急降现象,通过调整电液伺服阀输入信号,使执行器实际流量始终小于液压源所能提供的流量,达到抑制冲击的目的。仿真和试验均显示,该方法易于实现,可明显抑制电液伺服系统中因流量不足引起的冲击。     

基于奇异摄动理论的电液伺服系统Backstepping滑模自适应控制

针对电液伺服位置跟踪系统中存在的非线性特性、系统参数和外部负载的非匹配不确定性,提出了基于奇异摄动理论的电液伺服系统的Backstepping滑模自适应控制。利用奇异摄动中双时间刻度理论将原系统分解为快慢变子系统,分别设计快变和慢变子系统的控制律,再合成得到复合控制器。应用Backstepping的逆向递推方法有效地解决了高阶非线性系统的控制问题,用滑模方法抑制系统的外部扰动,对系统的不确定性参数进行自适应估计。数字仿真的结果验证了所设计控制器的正确性和有效性。     

A novel optical coherence tomography-based micro-indentation technique for mechanical characterization of hydrogels.

Depth-sensing micro-indentation has been well recognized as a powerful tool for characterizing mechanical properties of solid materials due to its non-destructive approach. Based on the depth-sensing principle, we have developed a new indentation method combined with a high-resolution imaging technique, optical coherence tomography, which can accurately measure the deformation of hydrogels under a spherical indenter at constant force. The Hertz contact theory has been applied for quantitatively correlating the indentation force and the deformation with the mechanical properties of the materials. Young's moduli of hydrogels estimated by the new method are comparable with those measured by conventional depth-sensing micro-indentation. The advantages of this new method include its capability to characterize mechanical properties of bulk soft materials and amenability to perform creeping tests. More importantly, the measurement can be performed under sterile conditions allowing non-destructive, in situ and real-time investigations on the changes in mechanical properties of soft materials (e.g. hydrogel). This unique character can be applied for various biomechanical investigations such as monitoring reconstruction of engineered tissues.     

MECAD机械零件CAD软件包的研制与开发

本文介绍耻在微机上用ＡｕｔｏＣＡＤ及其智能化语言ＡｕｔｏＬｉｓｐ开发齿轮、轴系等八类常用机械零件ＣＡＤ系统。主要介绍在开发过程中采用模块化技术，人机交互技术、复杂数据库的处理、图形处理方法及图形编辑修改等技术。     

A brief review of dynamic mechanical metamaterials for mechanical energy manipulation

In the past decades, many mechanical metamaterials with uncommon static properties have been reported. On the other hand, mechanical metamaterials possessing extraordinary dynamic performance, also referred to as acoustic/elastic metamaterials, have gained more and more attractions. Examples include acoustic cloaking metamaterials that can generate an invisible region for acoustic waves, zero-stiffness metamaterials that can isolate vibrating mechanical energy, origami-based metamaterials that can realize the directional transmission of elastic waves and so on. To better understand the mechanisms adopted in dynamic mechanical metamaterials and present a general view about the existing works, we have reviewed some representative works and categorized them based on the ways of how these mechanical metamaterials manipulate the interactions between matters and mechanical energy. To distinguish the different categories of the dynamic mechanical metamaterials, we use a pair of binary numbers to measure the changing states of the magnitude and direction of the energy flow, respectively. A summary of some research works with associated reference numbers is presented in this paper with emphasis on the operating frequency, working bandwidth, and characteristic size of the element.     

面向灰库清理的超大伸缩比机械臂结构设计与刚度优化

火电厂灰库内壁粉尘粘壁、板结、搭桥等现象严重影响火电机组的安全运营,因此须对灰库内壁积灰进行定期全域清理。针对现有灰库清理机器人作业区间有限及因机械臂伸缩比不足、刚度不大导致的清理效果不佳等问题,通过设计引入往复绳排驱动机构和多级嵌套箱型臂体,设计了大刚度、伸缩比为1∶7的机械臂整体结构,研制出一款面向灰库内壁全方位清理的高效作业机器人。基于机械臂级联臂体本征结构和内外耦合作用力系深度分析,结合Castigliano第二定理和线弹性原理,建立了在复杂交变载荷作用下变长度机械臂整体刚度模型。综合考虑在极端工况下机械臂应力分布特征,通过周期性拓扑优化低应力区各离散子域孔洞形状,提出了在严苛质量约束下机械臂全域刚度优化方法。机械臂性能仿真和测试实验表明：优化后机械臂质量大幅减小,且具备理想的伸缩区间和刚度特性;机械臂末端偏移量的测试值与仿真值存在一定偏差,系机械臂加工和装配误差所致。研究结果为灰库清理机器人的结构设计和刚度优化提供了重要参考。     

二维光幕破片动能测试系统设计

针对飞行破片目标多、速度快、体积小以及测试环境中光强高、电磁干扰强的测试难点,设计一种非接触式的二维光幕破片动能测试系统。系统以现场可编程门阵列(FPGA)作为核心控制器,利用高精度ADC与NAND Flash存储器采集并存储相互正交的光幕传感器的输出信号,并将数据通过USB接口回读到上位机进行分析,提取出破片的速度与体积信息,进而得到破片的动能。最后通过气枪弹实验对系统进行测试,结果表明:该方案解决传统一维光幕测试系统只能测量旋转对称破片动能的问题,利用二维正交光幕有效地测量非旋转对称破片的动能信息,具有一定的实用价值和应用前景。     

A mechanical decapsulation technique for epoxide-packaged semiconductor components

A novel mechanical technique for decapsulating plastic semiconductor components has been developed. The technique is extremely easy to use, has a high success rate, and is superior in all respects to previously-described mechanical techniques which give inconsistent results. A significant advantage over alternative chemical techniques is that corrosion products on the die surface are retained. This paper describes the new technique and shows examples of new and corroded components that have been successfully decapsulated.