改进的电压凹陷检测方法及数字低通滤波器优化设计

实时、准确地检测出电压凹陷特征量是实现动态电压恢复器补偿功能的前提。针对传统检测方法的局限性提出了一种改进的αβ-dq变换检测方法。根据单相电压推导出αβ静止坐标系下的α轴分量,并对其求导数构造出“虚拟”的β轴分量,再通过αβ-dq变换和低通滤波器检测出电压凹陷的幅值、持续时间及相位跳变等信息,并给出了导数的数字实现方法。原始数据具有实时性,保证了更快的动态响应速度,且大大减小了计算量。针对常用的低通滤波器在实时性和滤波效果方面存在的矛盾,进一步提出了采用惯性滤波器来改善Butterworth低通滤波器性能的数字低通滤波器优化设计方法,使其能更好地适应电压凹陷检测的需要,从而提高动态电压恢复器补偿电压凹陷的实时性和精确性。     

诱导轮内流场数值计算及汽蚀特性分析

为得到诱导轮内部的速度场、压力场及湍流场的分布规律,在基于SIMPLEC算法上,采用了雷诺时均Navier-Stokes方程(简称N-S方程)控制方程和修正了的k-ε湍流模型,对两种结构参数的双叶片诱导轮进行了内部三维不可压湍流流动数值计算。计算结果表明诱导轮最容易发生汽蚀破坏的位置在进口外缘处,计算结果还表明增加诱导轮叶片轴向距离及导程有利于提高诱导轮的汽蚀特性。同时进行了不带诱导轮和带两种结构参数诱导轮的离心泵的外特性试验,试验结果表明离心泵在没有诱导轮的情况下较易发生汽蚀,而增加诱导轮能够明显改善离心泵的汽蚀性能,诱导轮的导程、叶片轴向长度、及其叶尖包角几何参数值等几何参数对汽蚀性能有较大影响。结合流场数值计算结果和试验研究结果,证实了通过增加轴向距离和导程等合理改变结构参数可提高诱导轮的汽蚀性能。     

基于迭代Hilbert变换的多分量信号解调方法研究及应用

旋转机械系统发生故障时,其振动信号通常为多分量AM-FM信号。针对传统的解调方法在多分量振动信号故障特征提取中的局限性,提出一种利用迭代Hilbert变换(Iterated Hilbert transform,IHT)进行机械故障诊断的新方法。介绍IHT的基本原理;通过对任一两分量的AM-FM信号的分析表明利用IHT得到的相位信息直接估计瞬时频率具有一定的局限性,于是提出基于差分算和零相位数字低通滤波的平滑的瞬时频率估计方法,并通过仿真试验表明,与自适应分割算法和Hilbert-Huang变换相比,该方法具有很高的精度且速度较快。对具有外圈故障的滚动轴承和具有断齿故障的齿轮箱振动信号的分析结果表明,基于IHT的多分量AM-FM信号解调方法能有效地提取机械故障振动信号中的故障特征。     

民用航空发动机转子并行数值计算方法研究

由于高/超高增压比需要,民用航空发动机转子级数达到10级及以上,数值计算规模在百万自由度以上,需通过并行计算提高设计效率.针对民用航空发动机转子的并行数值计算方法开展研究,从区域分解模式、并行计算模式角度进行分析,结果表明:采用基于图理论的分区方式优于基于贪婪法的分区方式;相对于共享内存式并行计算模式,采用分布内存式并...     

外压圆筒的计算及数值计算稳定性分析

通过比较各标准中外压圆筒的计算,并用ANSYS软件屈曲和弹塑性分析,结果表明GB 150—1998外压厚壁圆筒的计算方法是偏保守的。     

一种磨损数值计算方法的实验分析

使用环块磨损试验机和表面形貌仪,选用不同摩擦副材料和通过控制磨损距离、载荷以及转速等变量,研究磨损率的变化,验证一种基于Archard磨损计算模型的数值计算方法。结果发现:磨损深度随磨损距离的变化由一开始的迅速增加逐渐变慢,最后趋向于稳定增加;摩擦副材料的改变对磨损率大小的影响十分剧烈;磨损率随着载荷的增大而增大,但二者之间不是简单的线性关系;忽略温度变化的影响时,磨损率与磨损速度的大小无关。实验证明,该计算模型对不同材料、不同载荷的磨损量计算结果,均与实际实验所得的磨损量吻合良好,但在磨痕深度较浅时相对误差较大。     

销盘磨损数值计算及结果分析

通过分析销-盘滑动摩擦副的受力情况,建立此二者间的磨损模型。在给定销径、载荷、转速、工作时间等条件下,计算出销和盘的各自的磨损率和磨损量以及组合磨损率和组合磨损量。计算结果表明:销、盘工作过程中,二者接触表面各点压力分布在整体上呈现出沿旋转半径增大的方向减小,然而在接近最大旋转半径处,压力略有上翘现象;销各点的磨损率也与旋转半径相关,随着半径增大,其磨损率由大逐渐减少,然后再逐渐增大,因此磨损后的表面形状是一个凸起的拱形;由于需要满足磨损协调条件,盘的各点的磨损率与销磨损相反的趋势,它磨损后的表面是一个环形凹槽,即沿盘的半径方向看,磨损后表面呈反向。     

改进的Hilbert-Huang变换及在电磁辐射测量中的应用研究

提出了一种基于改进的希尔伯特-黄变换的电磁信号处理的新方法,该方法适合于在非平稳非线性噪声环境中的电磁辐射的测量。将非平稳信号通过经验模态分解的方法分解为有限个内蕴模式函数,利用自回归模型消除了希尔伯特-黄变换产生的边界效应,进而得到信号的瞬时频率。应用匹配滤波器对背景噪声进行滤除,得到实际电磁辐射信号。由于经验模态分解法的基函数是由信号自适应分解得到的,所以比傅里叶变换以及小波变换得到更好的分解效果。仿真及实验结果表明该方法在非平稳非线性的电磁信号处理中有效地滤除了背景噪声,解决了电磁辐射测量中的环境干扰问题。     

大气喷射器流场数值计算及性能分析

基于FLUENT软件平台,对大气喷射器内的流场进行了数值仿真,分析了工作参数对大气喷射器性能的影响,结果表明:工作气体和引射气体在混合室内能进行较平稳的混合;引射系数随着工作气体入口压强的增大而减小;引射气体入口压强随着引射系数的增大而增大;当混合气体出口压强大于23kPa时,引射气体入口压强会随着混合气体出口压强的增大而急剧增大。     

微通道流场特性建模及数值分析

流式细胞仪的微流体聚焦是利用鞘液流将样品流限制在微通道的中心位置,聚焦的稳定性和灵敏性直接影响仪器检测结果精度。针对高流速下微流体无法维持稳定聚焦的问题,运用有限元软件ANSYS Fluent建立微通道流场特性模型,分析微通道的几何结构与双鞘液进样收缩角对微通道内形成良好聚焦的影响。分析结果表明,在双鞘液式微通道结构内,相比其他进样方式,鞘液0°进样时的聚焦过程距离缩短,层流宽度减小,且收缩角为60°时聚焦后混合流内部物质流的稳定性利于层流检测。     

基于广义形态学滤波和Hilbert边际谱的滚动轴承故障诊断

广义形态滤波器可以很好地抑制输出统计偏倚的现象,Hilbert边际谱克服了传统包络法需要确定带通滤波器的中心频率和带宽的不足,将两种方法相结合,首先利用广义形态滤波对信号进行去噪,在此基础上对信号进行经验模态分解,然后选取合适的IMF分量得到信号的局部Hilbert边际谱。通过对轴承内外环进行故障诊断发现,该方法能准确地提取故障特征,从而有效地判别轴承的故障类型和部位,具有较广阔的应用前景。     

基于经验模态分解的瞬时相位分析方法的应用

提出了基于经验模态分解的瞬时相位分析的新方法。通过对振动信号作经验模态分解得到信号的固有模态函数，再求出各个固有模态函数的Hilbert变换，得到信号的瞬时相位．通过瞬时相位的傅里叶分析就可提取信号特征。介绍了该方法的基本原理，并应用于齿轮箱轴承的故障诊断研究，通过选取表征轴承故障的固有模态函数进行瞬时相位和傅里叶分析，就可提取轴承故障振动信号的特征。通过对轴承故障实验信号的分析．表明该方法能有效地诊断轴承的故障。     

一种Hilbert变换法在非线性系统分析中的应用

Hilbert变换是信号处理领域常用工具之一,将Hilbert变换法改进并应用到信号分解和非线性系统振动分析中。振动信号的多谐波性,使得Hilbert变换法提取信号的瞬时频率和瞬时相角可以通过滤波的方法分离成快变和慢变两部分,从而提取系统的振动分量;通过迭代计算,依次获得振动信号中所有谐波分量;将非线性振动方程用瞬态幅值相关的瞬态参数表示,从而求解系统的频响关系曲线方程。通过相应的数值模拟计算,验证了改进的Hilbert变换法在非线性振动分析的有 效性。     

基于边界特征尺度匹配延拓的EMD改进方法及应用

针对经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)中存在的端点效应问题,提出一种边界局部特征尺度延拓的EMD改进方法。通过计算信号边缘处与信号内部任何一段子波的匹配误差,确定信号的规律性强弱。在信号内在规律性较强的情况下,进行内在的匹配波形延拓,最大限度地维护信号的内在趋势;在信号规律性较弱的情况下,特别是信号边缘发生异常变化的情况下,只考虑边缘处的局部信息,根据边缘局部极值点的特征进行延拓,对延拓的极值点序列进行包络拟合,估计出均值曲线。该方法保证了信号有效数据的正确分解,提高了信号的分解精度,实现了EMD算法的改进。仿真实验验证了该方法能较好地抑制EMD端点效应。     

A Feature Extraction Method for the Wear of Milling Tools Based on the Hilbert Marginal Spectrum

Abstract

The Hilbert–Huang transform (HHT) can adaptively delineate complex non-linear, non-stationary signals when used as the Hilbert–Huang marginal spectrum through empirical mode decomposition (EMD) and the Hilbert transform, to highlight local features of signals. Characterized by high resolution, the Hilbert marginal spectrum has been widely applied in mechanical signal processing and fault diagnosis. In the research, an HHT based on the improved EMD was proposed to analyze the cutting force, vibration acceleration (AC), and acoustic emission (AE) signals during tool wear in the milling process. At first, the collected signals were subjected to range analysis, which revealed that tool wear was closely related to the signals collected during the cutting process. Then, EMD was applied to the signals, followed by variance analysis after calculating the energies of each intrinsic mode function (IMF) component. Afterwards, the IMF components significantly influenced by wear degree, while slightly influenced by the three cutting factors (cutting velocity, feed per tooth, and cutting depth), were selected as IMF sensitive to the degree of wear. The HHT was finally applied to the sensitive IMF components of signals containing major tool wear information, thus obtaining the Hilbert marginal spectra of the signals, which were able to reflect the changes in signal amplitude with frequency. On the basis of the Hilbert marginal spectrum, the method defined the feature energy function which was then used as the eigenvector for predicting tool wear in milling processes. The analysis of signals in four tool wear states indicated that the method can extract salient tool wear features.     

基于VMD与Hilbert谱的旋转机械碰摩故障诊断方法

为了有效地诊断旋转机械中的碰摩故障,提出了基于变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)与Hilbert谱分析的故障诊断方法。首先,利用VMD将碰摩故障信号自适应地分解为若干个不同频率段的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF),并与集合经验模态分解(ensemble empirical mode dcomposition,简称EEMD)的处理结果进行对比分析;然后,在VMD分解的基础上,利用Hilbert谱对故障信号的时频特性进行分析。实验结果表明:与传统的频谱分析相比,该方法不但可以准确反映故障信号的频率成分,而且可以反映频率随时间的变化情况;与EEMD相比,该方法可以有效抑制模态混叠,更加准确地反映故障信息,从而验证了该方法的可行性与有效性。     

基于EMD和峭度的Hilbert包络解调在滚动轴承故障诊断中的应用分析

针对直接运用快速傅里叶变换（FFT）无法有效提取具有非线性非平稳特性的滚动轴承振动信号故障特征频率的问题,提出了一种基于经验模式分解和峭度指标的Hilbert包络解调方法.首先对滚动轴承的振动信号进行了经验模式分解（EMD）,得到了包含轴承故障特征信息的各阶本征模态函数（IMF）,再计算各阶IMF的峭度值,选取了峭度值较大的几阶IMF分量重构信号,并对重构信号进行了Hilbert包络解调分析,从而获得了滚动轴承的准确故障特征信息.分别对仿真模拟信号和实际滚动轴承发生内圈故障的振动信号进行了分析,清晰地得到了故障特征频率.研究结果表明,利用融合EMD、峭度系数和Hilbert包络解调的诊断方法能够快速、准确地提取滚动轴承的故障特征频率,从而可以对滚动轴承进行有效地故障诊断.     

平面共轭凸轮廓形数值模拟计算方法的研究

介绍一种平面共轭凸轮廓形的数值模拟计算机辅助计算方法,该方法将转子瞬时廓形转换到凸轮坐标系内,再用转换后的廓形对凸轮毛坯计算模型进行数值模拟切削,形成凸轮廓形。开发了凸轮廓形计算处理软件,对中心距为80mm、转子摆动半径为50mm的余弦运动规律的4位共轭凸轮转位机构进行了计算验证及试制。计算结果及工业应用表明,该算法正确、可行,软件能够满足共轭凸轮廓形设计的要求。     

公路隧道钢模台车数值计算与分析

以乌东德水电站左岸高线路隧道衬砌钢模台车为对象，针对衬砌混凝土质量要求高和满足20 t自卸车双向通行的特点，门架立柱采用变截面梁形式。在ANSYS的分析平台上，建立钢模台车整体有限元模型，并对工作工况下的钢模台车进行了静力学分析，得到了钢模台车整体变形与应力分布结果。将分析结果应用于实际工程中，为同类型的衬砌钢模台车的设计和运行工作提供了重要的参考依据。     

修型量理论对数凸型方程的数值求解及滚子受力分析

利用复合梯形积分法,假设接触区域宽度方向上压力服从半椭圆分布,以理想线接触条件下的接触区域长宽比作为初值,结合求解滚子与滚道接触问题的影响系数法,迭代求解了理论对数凸型方程。通过将接触区域长宽比设为无穷大时的数值解轮廓与Lundberg对数凸型轮廓及两轮廓下接触压力分布情况作对比,验证了数值解的准确性。分析了不同接触区域长宽比条件下,数值解轮廓、Lund-berg对数凸型轮廓与工程对数轮廓及3种轮廓下的接触压力和接触区域,比较得出如下结论：从轮廓中部到两端,Lundberg对数凸型轮廓与数值解轮廓的偏离量逐渐增大;随着接触区域长宽比的减小,前者轮廓与后者轮廓的偏离量逐渐增大,Lundberg对数凸型轮廓在接触区域端部有逐渐脱离接触的趋势,且在端部附近出现逐渐明显的压力非均匀分布现象;与Lundberg对数凸型轮廓相比数值解轮廓不仅改善了压力分布状况,而且能够得到端部连续的轮廓曲线;通过比较可知,工程对数轮廓的修型量偏大,滚子实际有效长度有所减小。