基于相位调制的平稳非高斯桥面不平顺随机激励的模拟

在逆傅里叶变换法生成平稳高斯桥面不平顺随机激励的基础上,建立随机激励过程相位角与高阶中心矩之间的关系,通过不断调整相位角大小来改变桥面不平顺的非高斯特征,多次迭代生成给定功率谱密度、偏斜度和峭度的平稳非高斯桥面不平顺随机激励;同时,根据现场实测的桥面不平度数据,采用相位调制法重构桥面不平顺随机过程。数值算例和实测桥面不平顺的重构结果表明,该研究基于相位调制生成的平稳非高斯桥面不平顺能够满足给定目标功率谱密度、峭度和偏斜度的要求且模拟精度较高。桥面不平顺的幅值分布区域和幅值最大值随着峭度的增大而增大;偏斜度越大,桥面不平顺正偏或负偏的幅值分布区域就越大。工程应用结果表明,超高斯桥面不平顺激励的车桥振动响应最大,高斯桥面不平顺次之,亚高斯桥面不平顺激励的车桥振动响应相对较小;车辆振动对非高斯桥面不平顺激励的敏感程度大于桥梁振动。     

非高斯随机振动下包装件时变振动可靠性分析

包装件在流通过程中经常受到非高斯随机振动激励的作用,提出了一种包装件在非高斯随机振动激励条件下的时变可靠性的分析方法。结合多项式混沌扩展和Karhunen-Loeve扩展,提出了基于功率谱(或自相关函数)、均值、方差、偏斜度和峭度信息的非高斯随机振动激励的模拟方法;为减小数值分析量,应用拟蒙特卡洛法,在随机变量空间中合理控制变量的分布模拟非高斯随机振动激励,通过四阶龙格库塔法分析,用较少的随机振动模拟样本准确得到了包装件加速度响应的前四阶矩和自相关函数。基于响应的统计信息,应用该研究提出的多项式混沌扩展、Karhunen-Loeve扩展和拟蒙特卡洛分析,获得包装件加速度响应样本,计算包装件的时变可靠性,用原始蒙特卡洛法验证了计算的准确性;该方法在包装件的可靠性分析、包装系统优化等方面具有重要意义。     

一种多输入多输出非高斯随机振动试验方法

针对传统的多输入多输出高斯随机振动试验难以应用于非高斯问题,提出了一种基于频域逆系统方法的多输入多输出非高斯随机振动试验控制方法。该方法首先通过给定的参考谱和参考峭度生成参考信号,其次根据频域中的输入输出关系生成满足要求的驱动信号。采用相位调节法生成非高斯信号,由于相位调节法不改变原信号的功率谱,因此可实现功率谱与峭度的独立均衡控制;将矩阵幂次算法用于功率谱均衡,并提出了一种类似矩阵幂次算法的峭度均衡算法。最后,对一个三轴振动台台面振动环境进行了控制试验,结果表明,台面加速度响应的功率谱密度被稳定地控制在±3 dB容差限内,响应峭度也被稳定地控制在参考值附近,从而验证了所提方法的有效性与可行性。     

运输包装系统随机振动频域分析

为了研究包装件在实际流通环境振动特性下的振动规律,以车辆、包装件构成的六自由度运输包装系统为基础,构建了在以白噪声为输入的路面不平激励下的振动模型,建立了路面不平激励的数学模型、运输车辆以及包装件的动力学模型。借助Matlab/Simulink仿真技术,对运输包装系统随机振动进行了频域分析,得到了内装产品及易损零件随机振动加速度响应的幅值频谱和功率谱密度。仿真结果表明了随机振动强弱程度与频率的关系,全面反映了随机振动规律,为缓冲包装设计提供了理论依据。     

包装件在非高斯随机载荷下响应特征分析方法研究EI北大核心CSCD

在运输过程中,包装件经常受到非高斯随机振动的作用,在进行包装系统优化时,经常需要重复确定包装件加速度响应的统计特征和振动可靠性,该研究提出一种高效准确确定非高斯随机振动条件下非线性包装件加速度响应统计特征的分析方法。采用非高斯Karhunen-Loeve展开将非高斯随机振动表示为非高斯随机变量的线性组合,用一阶泰勒展开估计包装件加速度响应,确定加速度响应的统计矩参数,根据包装件加速度响应的前四阶矩参数,应用鞍点估计法确定包装件加速度响应的概率密度函数(probability density function, PDF)和累积分布函数(cumulative distribution function, CDF)。由于采用随机变量的线性组合模拟非高斯随机振动激励,避免了随机变量非线性变换,采用一阶泰勒展开估计包装件加速度响应具有良好的准确性,鞍点估计法分析包装件加速度响应的PDF和CDF,避免了大量蒙特卡洛或拟蒙特卡洛分析,提高了分析效率。     

偏斜非高斯随机振动信号幅值概率密度函数研究

偏斜非高斯振动信号幅值概率密度没有明确、简洁的解析表达式。研究概率密度的解析表达式,对于非高斯振动理论研究具有重要意义。针对以上需求,提出了一种基于高斯混合模型的概率密度函数表示方法。首先,通过时间样本序列得到偏斜非高斯振动信号前五阶矩的估计值。其次,根据平稳高斯随机过程各阶矩之间的定量关系,结合二阶高斯混合模型的数学表达式建立方程组,求解得到混合模型中每个高斯分量的均值、标准差和权重系数。然后,将每个高斯分量的参数代入高斯混合模型,得到偏斜非高斯振动信号的幅值概率密度的解析表达式。最后,将所提出的方法应用于仿真非高斯加速度信号和实测非高斯振动应力信号,充分验证了该方法的有效性和适用性。     

一种新的非高斯随机振动数值模拟方法

在振动工程领域,采用蒙特卡洛仿真方法求解复杂随机动力学问题时需要精确模拟各种随机振动激励信号。当随机振动激励具有显著的非高斯特征时,用传统的高斯振动去近似将产生较大的分析误差,需要研究精确的非高斯振动数值模拟技术。现有各种非高斯随机模拟方法一般只能模拟具有高峰值特征的随机振动,即超高斯随机振动,并且算法复杂不够直观,需要进行多次反复迭代,模拟精度和效率都有待提高。本文提出了一种新的基于幅值调制和相位重构的非高斯随机振动数值模拟方法,算法简洁直观,并充分利用快速傅里叶变换算法提高模拟效率,不仅可以模拟具有指定统计特性和频谱特性的超高斯随机振动,还能模拟亚高斯随机振动,具有广泛的适应性。数值仿真实验验证了该方法的有效性和精确性。     

随机振动高斯分布与非高斯分布激振对瓶装水商品运输包装影响的研究

目的:比对高斯分布激振和增加峭度的非高斯分布激振对样品的FDS响应、加速度响应和商品损伤程度的影响,了解其对瓶装水商品包裹的影响,为随机振动测试方法提供参考依据,推动新的随机振动测试方法应用。结果显示:非高斯随机振动较高斯随机振动的疲劳损伤FDS大约增长一倍、激振对单元货物顶部样品造成的加速度响应更明显、损坏程度更严重。本课题是基于峭度为5的非高斯振动试验,与高斯随机振动具有一定的对比意义。但多种峭度的非高斯随机振动对单元货物的影响,有待进一步研究。     

包装运输试验中非平稳随机振动表征和模拟方法

目的研究量化表征非平稳随机振动的方法,模拟包装物实际运输振动环境中的非平稳和非高斯特征。方法通过引入“运行测试”非参数统计检验方法,对均方根值时变非平稳过程进行量化表征,利用贝塔分布随机数的幅值调制方法模拟生成非平稳非高斯随机过程。结果通过数值验证贝塔分布方法,能够基于目标峭度和功率谱密度函数等约束条件灵活生成具有不同平稳程度的非平稳非高斯随机过程。结论该方法可以对非平稳特征进行定量表征,并可用于真实模拟包装件的运输振动环境,避免“欠试验”和“过试验”问题的发生。     

多轴平稳非高斯随机振动试验控制方法

多轴向平稳非高斯随机振动控制试验能够对指定响应信号的时、频域特征进行同时控制。提出了一种快速生成具有指定功率谱密度、斜度和峭度的平稳非高斯随机振动信号的方法。通过频率采样方法将目标功率谱密度设计成滤波器,利用非线性变换方法获取非高斯随机信号,再将此信号经过设计的滤波器以获得满足要求的非高斯随机信号。该方法简单、快速并克服了传统非线性变换方法的缺点。进一步将此方法应用于三轴向平稳非高斯随机振动试验中,给出了三轴向非高斯随机振动控制的闭环均衡步骤,此方法能够同时对信号的功率谱自谱、相干系数、相位差以及斜度和峭度进行解耦控制。进行了三轴向平稳非高斯随机振动控制试验,三个方向上加速度信号的功率谱密度、斜度和峭度控制效果均令人满意,满足工程应用要求。     

Development and validation of kurtosis response spectrum analysis for antivibration packaging design taking into consideration kurtosis

In current antivibration packaging designs, transport vibrations are generally assumed to be Gaussian random vibrations, and the cushioning material is designed so that the acceleration root mean square (RMS) transmitted to a product is low. However, transport vibrations are often non-Gaussian random vibrations, and therefore, it is necessary to carry out antivibration packaging design, taking into consideration the non-Gaussianity characteristics and acceleration RMS of the transport vibrations. In this study, a kurtosis response spectrum was proposed, which is an antivibration packaging design index, taking into account the non-Gaussianity of transport vibrations. A kurtosis response spectrum is a plot of the kurtosis of the acceleration response for a series of single degree of freedom (SDOF) systems to the base acceleration input, assuming that the packaged product is the SDOF system. The kurtosis response spectrum was applied to the actual transportation data, and the results confirmed that the kurtosis of product response acceleration is different, depending on the natural frequency of the packaged product. Experiments were conducted using a dummy packaged product, and the experimental results showed good agreement with those of the kurtosis response spectrum analysis. It can be concluded that the kurtosis response spectrum is useful to clarify the effect of natural frequency on the kurtosis response. By referring to the kurtosis response spectrum, packaging engineers can obtain the necessary information to perform antivibration packaging design, taking into account the non-Gaussianity of transport vibrations.     

复杂体型屋盖表面风压的高阶统计量与非高斯峰值因子

该文研究了某站台结构刚性屋盖风洞实验中风压统计量对于数据时长的敏感性。采用不同时长的数据计算长时距脉动风压数据的偏度和峰度,结果表明高阶统计量具有非平稳特性,峰度的值受数据时长的变化影响显著。根据随机数据的峰度是否大于3,可以将其划分为软响应过程和硬响应过程。通过分析此建筑屋盖表面风压数据,发现屋盖表面存在峰度小于3的硬响应测点。而现有的峰值因子计算方法都没有具体探讨其对于这种峰度小于3的硬响应测点的适用性,该文将不同计算方法得到的软响应和硬响应峰值因子结果与标准统计方法计算值进行对比,进而判断各种方法的优劣性。结果表明非高斯峰值因子计算当中不宜引入峰度这个参数,TPP方法对于计算硬响应过程和软响应过程的非高斯峰值因子都有很好的适用性。     

一种非高斯随机振动过程数值模拟方法

目的 考虑真实随机振动的非高斯特性,提出一种根据已知信息生成与其相符的非高斯随机振动过程的数值模拟方法。方法 基于均值、方差、偏斜度、峭度及功率谱密度函数（或自相关函数）等约束条件,对非高斯随机振动进行模拟。根据功率谱获取非高斯过程的自相关矩阵;通过Hermite多项式的正交性质和多项式混沌展开方法推导出的公式,构造满足标准正态分布随机过程的协方差矩阵,并对其进行谱分解和主成分分析;最后,利用Karhunen-Loeve展开和多项式混沌展开来表示所模拟的非高斯振动过程。结果 随着采样点个数的增加,实测数据与模拟数据之间的误差越来越小,该方法具有较好的模拟精度。结论 应用多项式混沌展开、Karhunen-Loeve展开以及蒙特卡洛等方法,可生成非高斯随机振动过程,并得到准确有效的各项统计参数模拟值。     

高斯与非高斯随机振动对洗护产品包装的影响

目的 研究高斯激振力和非高斯激振力的随机振动对商品包装的影响差异，提供随机振动试验方法和参数，并对商品运输包装设计方案提供优化建议。方法 利用科学计量方法研究随机振动技术的发展态势。通过增大峭度的方法进行非高斯激振模拟随机振动试验。研究随机振动强度通过功率谱密度和疲劳损伤的表达，以及随机振动试验时间与疲劳损伤的表达关系。结果 电商渠道销售通过快递配送的洗洁精商品包裹优先采用ISTA 3A—2018 Packaged-Products for Parcel Delivery System Shipment 70 kg(150 lb) or less。使用Over-The-Road Trailer图谱和Pick-up and Delivery Vehicle图谱进行随机振动试验，通过加载峭度进行加速模拟试验和加强模拟试验。结论 在洗洁精商品包裹加载峭度为5、7、9条件下，能够复现实际配送中商品的货损。基于试验结果提出的包装设计修改方案在加强模拟试验条件下可以实现商品防护的功能。全渠道供应链配送商品包裹应采用高效、科学的实验室测试方法，为运输包装设计和验证提供方法和数据。     

基于主动阻尼的屈曲梁准零刚度隔振技术研究

准零刚度(QZS)隔振系统具有高静刚度-低动刚度的特性,能够对低频振动进行有效抑制,而主动阻尼能够显著降低系统的共振峰值同时保持系统高频传递特性不变。因此,将准零刚度隔振系统与主动阻尼相结合,可以有效提升系统的超低频隔振性能。以屈曲梁准零刚度隔振器为研究对象,基于系统动力学模型,引入主动阻尼控制策略,通过理论分析研究了主动阻尼对屈曲梁准零刚度隔振系统传递率的影响,并利用SIMULINK工具开展扫频、正弦和随机扰动条件下的屈曲梁准零刚度-主动阻尼隔振系统仿真研究。仿真结果表明:在超低频段(≤0.1 Hz)该系统能够产生8~32 dB的隔振效果;在高频段(≥10 Hz)隔振效率不低于36 dB,且对随机扰动响应的隔振效率为36 dB。     

列车垂向振动的半主动随机隔振研究

依据拉格郎日方程,建立了六自由度铁路客车半主动隔振系统的垂向振动模型;应用MATLAB软件编制了“铁路客车被动、半主动随机隔振分析”仿真系统,对铁路客车随机隔振进行计算机仿真。计算在不同的输入参数下,车辆的时域响应和位移与加速度响应方差,讨论了弹簧刚度、阻尼、车速等对隔振性能的影响。应用非线性随机振动理论对比分析了铁道客车的被动、半主动随机隔振的隔振效果,对铁道客车半主动随机隔振系统进行了参数优化。结果表明：半主动悬架的隔振性能比被动悬架有显著提高,在设计半主动悬架隔振系统时,可以在许可范围内适当增大阻尼、减小弹簧刚度,以达到最佳的隔振效果。     

涡旋光束通过非高斯随机粗糙面的场分布特性

基于角谱衍射理论,利用Johnson传递系统数值模拟非高斯粗糙面,研究了拉盖尔-高斯涡旋光束通过随机非高斯粗糙表面的场分布特性。在分析了非高斯粗糙面方向自相关长度、峰度、偏斜以及均方根粗糙度对涡旋光束场分布影响的基础上,研究了涡旋光束通过随机粗糙表面后光束光强分布变化时的均方根粗糙度取值范围,并通过实验,将实验数据与仿真结果进行了对比分析。结果表明:当非高斯粗糙面方向相关长度为20 mm,偏斜为0.001,峰度为6,均方根粗糙度大于0.12 mm时,拉盖尔-高斯光束透过随机表面的光强分布不再保持空心分布,对应的相位奇点消失。     

基于离散频谱分析的自由衰减振动信号的幅值恢复

加矩形窗截断后的自由衰减振动信号可以看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,从理论上证明了其连续谱峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位。分析了连续谱的离散频谱幅值误差影响因素,提出一种新的求解幅值恢复系数的方法,该方法根据已估计得到的阻尼、频率和相位重构幅值为给定值的新信号,然后求解加有限长度指数窗幅值恢复系数。当理论频率位于某条离散谱线上,幅值基本无误差。理论分析和仿真表明,采样频率、阻尼和频率误差的变化对幅值分析精度的影响很大,并且是相互作用的,但当理论频率与采样频率之比fn/fs在区间(0.25,0.4)内,且阻尼在区间(0.005,0.02)时,不论频率误差多大,分析精度均很高,幅值误差小于5%。相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法。     

转子系统瞬态不平衡响应的有限元分析

推导了简单Jeffcott转子几何中心运动的解析表达式及转子系统瞬态振动的幅值，详细讨论了转子系统通过临界转速时初始条件引起的瞬态振动、同频振动和伴随自由振动的特性以及阻尼和启动加速度对系统瞬态响应的影响。此外建立了弹性转子系统的有限元模型，通过直接积分法求得系统的瞬态响应．得到系统通过临界转速时的共振幅值，并与试验取得一致的结果。本文的分析对工程中合理地进行转子系统参数设计，考虑共振区的迟滞现象。尽可能错开转子系统固有频率和工作转速频率提供一定的理论参考。