摩擦振动信号的EEMD和多重分形去趋势波动分析

为了研究摩擦副磨合磨损过程中摩擦振动变化规律,实现通过摩擦振动识别摩擦副的磨合磨损状态,在摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套—活塞环摩擦副摩擦磨损试验。应用总体经验模式分解对摩擦振动信号进行分解,获得若干个无模式混叠的本征模式分量。利用多重分形去趋势波动分析(Multifractal detrended fluctuation analysis,MFDFA)对重构获得的摩擦振动特征信号进行分析,得到摩擦振动信号的MFDFA谱图,并根据谱图求取摩擦振动信号的多重分形谱参数。研究结果表明,总体经验模式分解能够实现微弱摩擦振动特征信号的提取,MFDFA谱图及其参数可以表征摩擦振动信号的特征。     

磨合磨损过程中摩擦振动变化规律研究

为了研究磨合磨损过程中摩擦振动的变化规律,实现通过摩擦振动识别摩擦副的磨合磨损状态,在CFT-Ⅰ摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环的磨合磨损试验。应用谐波小波包变换和奇异值分解的方法提取振动信号的特征,通过定义的参数K研究了摩擦振动的变化规律。结果表明:参数K与摩擦副磨损表面的状态变化相关,随着磨合磨损的进行,参数K由大变小,并逐渐趋于稳定,与摩擦系数有一致的变化规律。因此,摩擦振动可用来描述摩擦副的磨合磨损过程,识别磨损状态的变化。     

干气密封两种典型螺旋角与DLC薄膜的摩擦性能

低转速和高压力的操作工况对干气密封端面磨损情况十分严重,因此提出静环制备类金刚石(DLC)薄膜,结合槽型结构,分析其动静环端面的摩擦特性。利用摩擦磨损实验机对不同螺旋角下的干气密封进行实验,测试端面温升、摩擦系数及表面磨损形貌的变化规律。实验结果表明,随着载荷和转速的增加,16°螺旋角的摩擦温升、摩擦系数、磨痕均小于18°。在同一工况下18°螺旋角平均摩擦系数比16°大0.02,平均摩擦温升高5℃。一方面由于螺旋角的不同引起界面法向力大小不同,使18°螺旋角的端面磨损程度大于16°。另一方面随着载荷和转速的增大,DLC薄膜石墨化程度加剧,提高润滑性;说明DLC薄膜和螺旋槽对端面摩擦磨损起到了关键作用。另外,端面内圈的磨损程度大于外圈,可以推断螺旋槽能减缓端面的磨损。实验结果为今后螺旋槽干气密封优化设计和工程实际应用奠定了一定基础。     

表面纳米化中碳钢磨合磨损性能研究

为研究表面纳米化中碳钢在润滑条件下的磨合性能,用环-盘摩擦磨损试验机进行磨合磨损试验.分析在不同载荷下摩擦系数和摩擦振动信号多重分形谱参数的变化,通过磨损表面形貌探讨表面纳米化影响中碳钢磨损行为的原因.结果表明:在低、中负荷作用下,表面纳米化处理的中碳钢摩擦系数和振动信号多重分形谱参数较未处理的有所降低,其较高的表面活性可更好地吸附润滑油以形成油膜.因此,在低、中负荷条件下,表面纳米化可提高中碳钢磨合磨损性能.     

干气密封的流动数值模拟

在探讨干气密封工作原理的基础上提出了利用流动数值模拟进行干气密封端面设计的一种新方法，即选用三维的纳维一斯托克斯方程作为控制方程，用改进的压力偶联方程组半隐式方法(SIMPLER算法)对方程组进行离散，对干气密封摩擦副之间的气体流动进行了数值模拟。利用该方法不仅求得了计算域内的压力分布，而且还求得了速度分布。计算结果表明，干气密封的开槽区域的密封堰对气体产生泵送作用，增大了密封槽内气体的压力，大大增强了干气密封的开启效应，而密封坝对气体流动起到节制作用。对计算结果进行分析，求得了干气密封的工作点和泄漏量，计算泄漏量与实测值很吻合，相对误差不超过10％，与常用的二维计算方法相比，可得到更为精确的结果，为进行干气密封端面二维、三维沟槽结构的优化设计提供了正确、可靠的理论依据。     

静压干气密封端面温度场分析

通过热平衡分析和模型简化,建立了静压干气密封三维稳态柱坐标下无内热源的固体导热微分方程。应用ANSYS软件建立静压干气密封动、静环温度场有限元分析模型,并对密封环温度场进行求解,获得了动、静环的温度分布规律。分析结果表明:动环温度由内径向外径逐渐升高,由密封端面向背面逐渐降低;静环温度由密封端面向背面逐渐降低,由静环内径向外径逐渐升高,最高温度在静环端面外径附近;且动、静环的温度及梯度变化在规定范围内,密封的结构设计合理。     

干气密封密封环温度场的数值分析

干气密封的密封环温度分布是分析其热变形的基础。本文建立了A型干气密封动、静环和密封间隙流场的三维计算模型,在ANSYS 的Workbench平台采用热–流耦合方法求解动、静环三维稳态热传导方程,得到其温度场。数值模拟结果表明：气膜粘性剪切热是干气密封系统的主要热源;在给定工况、给定密封结构中,83.3%的气膜粘性剪切热通过密封端面传递给动环,只有9.7%传递给静环,剩余7.0%的热量由泄漏介质带走;动环平均温度略高于静环;动、静环端面温度最高,背面温度较低;在端面上温度也不是均匀的,在螺旋槽根部至密封泄漏出口段温度达到最高。研究结果为干气密封动、静环变形研究、选材和结构设计理论的完善提供了一定的参考依据。     

高压干气密封流场数值模拟

干气密封在高温、高压以及各种腐蚀性介质的应用越来越广泛,高压高温给干气密封带来什么影响,人们的认识还不足,特别是理论计算中存在许多问题。我们知道高压工况下,干气密封端面气膜流场的压力和温度变化较大,而介质密度、粘度应是随压力和温度的变化而变化的,特别是气体的密度受压力的影响较大。但以往的传统干气密封数值模拟中,大多是密封介质的密度按照假设温度和压力值选定,并未曾考虑到密封介质物性参数变化对密封性能的影响,因此研究结果难免有些误差。本文提出了高压干气密封流场计算的新方法,考虑了流场和温度场变化对密度的影响。首先使用ANSYS Workbench软件对密封环进行热分析,得到了密封环的温度场分布,并推出端面气膜的温度分布;采用用户自定义函数（UDF）将密封介质N2的密度定义为压力和温度的区间函数,用加载了UDF的Fluent软件对端面气膜流场进行数值模拟计算,通过不断地迭代计算得到端面流场的压力分布和开启力。 分别采用变密度（自定义密度为压力和温度的函数）和定密度（直接将密度设定为定值）两种方法,通过Fluent软件对上述干气密封流场进行了模拟仿真,并进行了网格尺寸在模拟仿真时的无关性验证。对比模拟结果,可以看到变密度方法所得到的计算结果更接近工况实际情况,该算法解决了模拟计算中介质物性参数设置存在的问题,值得借鉴。 研究发现：使用Fluent的UDF功能来描述干气密封端面间隙气体密度的变化是可行的,为更精确地模拟端面间隙流场提供了一种新方法。在高压工况下,压力变化对气体密度影响较大,变密度方法能够更加真实地反映其流场。此外还应考虑温度变化对气体密度的影响。     

焊接金属波纹管机械密封端面径向振动特性研究

焊接金属波纹管机械密封是轴类密封的重要类型之一,而密封端面振动特性是泄漏量和端面磨损的关键影响因素。由于目前针对焊接金属波纹管机械密封端面振动位移相关理论研究较少且没有具体分析各工作参数对端面振动的影响。首先,作者建立了端面密封环的几何模型和极坐标下端面所受表面压力以及分布力矩的数学模型;采用圆环理论和数值分析方法,推导出受谐波形式载荷条件下端面振动位移的求解公式。然后,利用MATLAB求解出密封端面在不同工况条件下轴向振动和径向振动位移特解。发现在相同的工况条件下径向振动位移均大于轴向振动位移。最后,设计了径向振动试验,利用电涡流传感器测量密封端面径向振动位移,分别探究了介质压力、工作转速、载荷系数和压缩量对径向振动位移的影响。结果表明：工作转速和压缩量对径向振动位移影响较大,介质压力和载荷系数对径向振动位移影响趋势相同。径向振动位移随着转速的增大而急剧增大;随着压缩量的增加先缓慢增大后迅速增大;随着介质压力的升高、载荷系数的增大,径向振动位移先减小后增大。对比理论计算和试验结果,验证了密封端面振动位移数学模型的正确性。优选出合理的工作参数范围为：介质压力为0.4～1.4 MPa,工作转速为1 500～2 500 r/min,载荷系数K为0.60～0.75,压缩量为4～6 mm。     

干气密封设计的探讨

在介绍了干气密封特点、工作原理及设计基准的基础上,对干气密封端面形状、动压槽深度、端面面积、温度、气压、气污染、材质等方面探讨了影响干气密封性能的主要参数.最后指出干气密封设计的现状及面临的问题.     

基于一维时间序列的无刷直流电动机混沌引子重构

基于相空间重构原理，针对无刷直流电动机的混沌模型，运用一维时间序列在高维情形下对低维混沌吸引子进行重构，重构后的方程具有和原动力方程相同的动力学特性，可以用于判断系统目前的动力学状态，并通过基于混沌优化算法的改进Wolf方法对重构前后方程的Lyapunov指数进行比较，证明此种重构方法的正确性和实用性.结果表明：采用的重构方法是有效的，与前人的方法相比，不用计算其关联维数和最佳时间延迟，具有简单、快速的特点，为进一步研究混沌预测和混沌控制提供了基础条件.     

钢-铜磨合期磨粒分形行为的研究

在环-端面磨损试验机上,用45~#钢-铜摩擦副进行浸油磨损试验,采用由光学显微镜、摄像头、计算机数据采集装置组成的磨粒分析测试系统考察不同磨损阶段产生的磨粒,并求出多种磨粒表征参数。分析结果表明:磨损过程中产生的磨粒,其轮廓具有分形特征;磨粒分形维数的分布呈正态分布;磨粒分形维数相对于其它表征参数而言,和摩擦力相关性更大。因此,对磨粒分形维数的考察有助于了解磨损状态的转变。     

Nonlinear characteristics and functional analysis of masseter electromyography

The C-C method was adopted to analyze the nonlinear characteristics of masseter electromyography (EMG) signals and the chaotic degree by the largest Lyapunov exponent (LLE) of different genders and sides.First,the embedding dimension and the delay time were obtained through this method,then the phase space was reconstructed to resume the chaotic attractor and determine the LLE.The result shows that the trajectory of attractor is denser than Chen's attractor,and the LLE is positive,which means that not only ...     

辨识非线性动力系统分岔参数的相空间重构方法

由于关联维数对吸引子的不均匀性敏感，因此可用于定量描述振动信号复杂程度．采用相空间重构方法，对非线性转子轴承系统的动力学行为进行了分析研究，对Jeffcott单盘刚性转子模型的一维时间序列进行了分析．研究结果表明：关联维会在系统运动状态改变时发生明显的跳跃，例如系统在进入油膜涡动或油膜振荡时关联维数都有明显的跳跃，可利用跳跃现象对非线性系统分岔参数进行识别．     

三维类Lorenz混沌系统的变形与超混沌实现

在三维类Lorenz混沌系统的基础上增加一维状态和两个参数,构建了一个新的四维超混沌系统。利用非线性动力学分析方法简要分析了该系统平衡点的稳定性、超混沌吸引子的相图、分岔图、Lyapunov指数谱和Lyapunov维数等基本动力学特性。结果发现新的四维系统随着新引入的两个参数（p和m,pu为非线性控制器,u的变化率u=mx）变化分别呈现周期、拟周期、混沌及超沌混动力学行为,动力学行为相同,但随m的变化范围较大。     

基于正弦函数的多涡卷吸引子及其动力学分析

在tang设计的一个利用简单的正弦函数生成多涡卷混沌吸引子模型的基础上,首先,对该系统进行了基本的动力学分析,即根据每个平衡点对应的Jacobian矩阵计算出的特征值判定平衡点的稳定性,并利用相空间容积变化率对系统的耗散性进行了分析。然后利用Lyapunov指数和维数以及庞加莱截面图对系统进行了数值仿真分析,探讨了不同的参数变化对系统基本动力学特性的影响,为合理地选取系统参数提供了理论依据。     

Chaotic time series prediction for surrounding rock＇s deformation of deep mine lanes in soft rock

Based on the measured displacements, the change laws of the effect of distance in phase space on the deformation of mine lane were analyzed and the chaotic time series model to predict the surrounding rocks deformation of deep mine lane in soft rock by nonlinear theory and methods was established. The chaotic attractor dimension（D） and the largest Lyapunov index（Emax） were put forward to determine whether the deformation process of mine lane is chaotic and the degree of chaos. The analysis of examples indicates that when D〉2 and Emax〉0, the surrounding rock＇s deformation of deep mine lane in soft rock is the chaotic process and the laws of the deformation can still be well demonstrated by the method of the reconstructive state space. Comparing with the prediction of linear time series and grey prediction, the chaotic time series prediction has higher accuracy and the prediction results can provide theoretical basis for reasonable support of mine lane in soft rock. The time of the second support in Maluping Mine of Guizhou, China, is determined to arrange at about 40 d after the initial support according to the prediction results.     

Analysis of Force Characteristic and Friction State on the Sealing Ring Used in Composite Transmission

Based on analysis of flow field of the rotary seal using sealing ring, mechanical models under the condition of full film friction and mixed film friction were established respectively. The influence of friction state of the sealing ring on seal performance was also discussed. The relation between force characteristic and structural parameters of the sealing ring was analyzed. Analytical results indicate that friction state mainly depends on structural parameters of the sealing ring. The expression of calculating friction torque under the condition of mixed film friction was deduced. Experiment verification had been done. Experimental results agree with the deducing theoretical conclusions on the whole. It lays the foundation for design of new type of sealing ring used in composite transmission.     

振动对纯碳、浸金属碳滑板载流磨损性能的影响

采用高速环-块式载流摩擦试验机,研究了纯碳和浸金属碳两种滑板材料在高速载流条件下的摩擦磨损行为。利用相关系数理论,对滑板振动加速度和电弧能量的相关性进行定量分析,发现滑板振动加速度和电弧能量之间存在着明显的相关性。试验结果表明：摩擦系数随着振动加速度的增加逐渐减小,两种滑板材料的磨损率随着振动加速度的增加均逐渐增大,且浸金属碳滑板的耐磨性比纯碳滑板好。随着振动的增大,电弧对两种滑板材料的侵蚀程度均明显加剧,浸金属碳滑板电弧侵蚀形式以层片状剥离为主;纯碳滑板以烧蚀坑和热应力裂纹为主。载流条件下,纯碳滑板导电性优于浸金属碳滑板。