基于分形学的轴承故障诊断分析

为识别轴承的工作状态及故障类型,针对非线性振动信号,基于分形盒维数与小波降噪方法,计算了轴承正常状态及不同故障状态的振动信号盒维数。结果表明:轴承的故障类型不同,其振动信号盒维数亦不同,正常状态盒维数最大,内环故障盒维数最小,其值分别为1.6和1.4。因此,根据盒维数能定量识别轴承故障状态与故障位置,本研究可为轴承状态监测和故障诊断提供理论依据。     

基于LabVIEW的汽油发动机振动故障诊断系统设计

基于虚拟仪器技术,利用LabVIEW编写了针对汽油机振动信号进行采集分析的程序。针对汽车发动机振动信号的非线性特点,将分形理论应用于发动机的故障诊断。利用G-P算法对采集到的振动信号进行计算、分析,借助Matlab提取振动信号分形维数,并通过分形维数判断发动机的状态,本文总结了在正常状态和6种故障状态下的分形维数的变化范围,最后通过实例验证了利用分形理论可以较为准确地对发动机进行不解体故障诊断的有效性。     

基于自适应变分模态分解及多重分形谱的风力机轴承故障分析

风力机齿轮箱轴承故障信号具有典型非线性及非平稳特性,采用自适应变分模态法对4种状态下振动信号进行分解,提出基于分形盒维数-峭度阈值法(Adaptived Variational Mode Decomposition,AVMD)对处理所得分量进行筛选,选取富含故障信息的分量进行信号重构,采用多重分形去趋势波分析方法,分析重构信号的分形特征并识别其工作状态,结果表明:基于多重分形去趋势波分析法对非稳定轴承可进行有效地故障识别;轴承振动信号具有典型分形特征,在不同时间尺度下,标度指数、广义Hurst指数与多重分形谱均可反应轴承工作状态;3种多重分形谱参数对故障类型敏感度不同,谱函数最大值对应的奇异指数对内圈故障较为敏感,峰值占比对外圈故障较为敏感,分形谱宽对滚珠故障较为敏感。     

基于EEMD及分形方法的轴承振动信号分析

为对具有强烈非线性特征的轴承振动信号做出准确的故障识别,基于分形理论,采用辅助经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)对信号进行降噪预处理,采用G-P算法分析轴承不同状态下振动信号关联维数。研究表明:基于EEMD的降噪方法可有效对振动信号进行降噪;轴承工作状态不同,其振动信号关联维数具有明显的可区分性,当轴承处于外环故障时,其关联维数最大为4.7,当轴承处于滚珠故障时,其关联维数最小仅为3.0,当轴承处于正常/内环故障时,其关联维数分别为4.0/3.2。因此,利用关联维数能定量识别轴承的不同故障状态及位置。     

运用非线性动力系统理论进行船舶柴油机故障诊断

针对柴油机表面振动非稳态与多激励性的特点,从非线性动力系统理论角度进行信号的分析与处理。运用小波模量最大值对气缸盖螺栓表面的振动信号消噪,计算气门不同状态时的多重分形维数谱,定义故障特征向量,从而识别不同的故障。结果表明,这种方法对气门故障诊断是极为有效的。     

基于改进小波阈值及多重分形的风力机轴承振动信号分析

针对风电机组传动系统时变转速及强噪声干扰等运行特点,首先采用改进小波阈值降噪方法,对风力机齿轮箱轴承振动信号进行降噪预处理,然后基于分形理论,计算变转速轴承振动信号盒维数及多重分形谱,定量描述轴承不同状态下振动信号的特征信息。结果表明:基于改进阈值与硬阈值函数相结合的小波阈值降噪方法对振动信号进行降噪预处理,其降噪效果优于传统的4种阈值选取原则;多重分形去趋势波动分析方法对于定速及变速轴承均能进行有效的故障识别;谱函数最大值所对应的奇异指数α(f_(max))当轴承处于内环故障时最小,可有效判断轴承运行状态及故障位置,能对轴承不同的故障状态做出准确的判断。     

柴油机气门故障信号的双谱图形分形维数分析

气门间隙异常是柴油机常见机械故障之一,对其进行准确的诊断对提高柴油机的使用寿命具有积极的作用.针对柴油机气门间隙异常的问题,在某直列6缸柴油机上模拟了不同气门故障,提出了基于双谱估计、图像处理以及分形理论相结合的故障诊断方法.该方法首先利用双谱估计对非线性、非高斯信号的敏感性质,分析了不同故障状态下振动信号中非高斯成分及二次相位耦合特性,然后通过图像处理技术将双谱图表示为以像素位置及对应颜色强度构成的三维空间曲面,最后利用分形理论提取该曲面的分形盒维数作为故障特征.结果表明:不同状态下柴油机振动信号的双谱及其图像分形维数明显可分,正常状态下的双谱峰值分布最为复杂、分形维数最大,故障状态下的分形维数分别处在不同的范围.因此,以振动信号的分形维数作为特征值可实现柴油机气门故障诊断.     

基于优化变分模态分解与混沌分形融合的滚动轴承故障识别

为精确识别滚动轴承故障类型,针对强非线性及非平稳性信号,分析其混沌特性,结合Lyapunov指数提出优化变分模态分解(OLVMD)方法,利用该方法实现降噪并选取敏感分量重构故障信号。引入分形理论,采用拟合偏差平方和方法对传统的关联维数计算方法进行改进,计算轴承不同状态下的混沌关联维数,并分析了损伤轴承实验数据。结果表明：OLVMD方法可有效剔除无关分量,消除冗余影响;不同状态轴承的关联维数具有显著差异,关联维数可作为轴承工作状态监测与诊断的依据,且该方法有良好的鲁棒性和泛化性。     

基于分形学的湍流风谱特性对比研究

为定量描述湍流风场和解决湍流风谱模型选择时存在盲目性和不准确性等问题,基于多种湍流风谱模型并考虑湍流强度、地表粗糙度及空间高度的影响,生成不同程度的风速时间序列曲线。基于图像识别技术和计盒维数法对各条件下风速曲线分形维数进行计算。结果表明:不同湍流风谱模型具有不同的分形特性;湍流风分形特性受湍流强度和地表粗糙度影响;相同地貌特征和气候条件下,不同高度处风速时间序列数据具有不同的分形维数。     

基于分形理论的内燃机噪声信号分析

提出了基于分形的内燃机噪声信号的内燃机故障诊断方法。根据分形理论的G-P算法,阐述了内燃机噪声信号分形关联维数的计算方法,并对维数计算过程中参数的选取进行了详细的论述。通过对实际测量的内燃机噪声信号的关联维数计算分析,证明了内燃机噪声信号的分形特性。计算结果表明:内燃机噪声信号关联维数随内燃机工作状况改变有明显的变化,可作为内燃机工作状态监测和故障诊断的一个特征量。     

华中粉砂岩粗粒土粒径级配分形特性研究

研究不同应力状态下颗粒粒径级配演化规律是分析土体应力状态、评价其工后变形的关键。基于质量-粒径分形模型从分形角度阐述了粗粒土粒径级配曲线探究依据,设计了5种不同分形维数的粒径级配,分析了土体颗粒空间分布特性;通过三轴剪切试验及颗粒筛分试验,探究了不同分形维数粗粒土偏应力峰值前后应力应变曲线性态分布及剪应力峰值、内摩擦角、分形维数因子等参数变化规律。结果表明,土体粒径范围随分形维数越大而更宽泛;应力应变曲线随分形维数及围压增大而存在应变软化向应变硬化过渡的趋势,偏应力峰值随分形维数增加而增大,内摩擦角呈先减小后增大的变化规律。粗粒土分形维数变化因子与相对围压呈线性函数关系,方程斜率及截距仍与相对围压呈线性函数关系,据此建立了考虑围压及初始分形维数的经验方程,为从分形角度来设计与优化粗粒土粒径级配而达到提高其力学强度等提供了参考依据。     

钙基脱硫剂空隙结构的分形特性研究

以分形理论为基础,利用2种不同的试验方法测定了脱硫剂的分形维数.在不同反应温度下,利用扫描电子显微镜(SEM)和改进的计盒维数法测定了钙基脱硫剂空隙边界的分形维数,得到了空隙边界分形维数与煅烧温度的关系,并采用压汞法测定了脱硫剂颗粒整体的分形维数,研究了煅烧温度和添加荆对分形维数的影响.结果表明:煅烧温度的升高及添加剂含量的增加均会造成脱硫剂分形维数的下降.说明2种方法均可有效测定脱硫剂的分形维数.     

沸腾表面凹坑的尺度分布特征

在沸腾表面上储气(或汽)凹坑是形成活化核心的关键因素。文中从类似Sierpinski地毯的经典分形表面出发,成功构造了凹坑以不同尺度分布的表面。研究结果表明凹坑的尺度分布雄数与表面形貌的分形维数是两个含义不同的概念,机械表面凹坑(或凸点)的尺度分布特征符合分形理论。分析活化核心的测量结果,表明活化核心的尺度分布同表面上凹坑的尺度分布一样具有分形特征。     

Effect of aluminum ion on sedimentation of kaolinite using anionic polyacrylamides as flocculant based on two-dimensional fractal dimension

Based on 2D fractal dimension, the effect of aluminum ion (Al³⁺) on kaolinite flocculation using anionic polyacrylamides (APAMs) as flocculant has been investigated at pH 4. The settling performance was tested, and fractal dimensions of flocs were analyzed. The results show that the clearer the supernatant, the bigger fractal dimension was obtained using APAM in distilled water. With the addition of Al³⁺, the supernatant turbidity increases first and then decreases, while the trend of fractal dimension with Al³⁺ concentration is opposite. Zeta potential results indicate that different sedimentation performance and floc fractal dimension of kaolinite are caused by the different APAM flocculation mechanism.     

不同集水面积阈值确定方法在典型黄土侵蚀地貌区的适用性分析

针对不同集水面积阈值确定方法的适用性问题,结合流域地貌侵蚀发育理论和侵蚀阶段—水系分维数关系判断了理论水系分维数大小,以水系分维数作为评判指标,分析了不同集水面积阈值确定方法的适用性,并以此为基础建立了一套无"蓝线"河网情况下检验集水面积阈值确定方法合理性的完整体系。实例应用结果表明,泾河流域水系结构具有典型的分形特征,其理论水系分维数应在1.4～1.6之间;受黄土地貌软弱岩性的影响,河网密度法及河道分支法在黄土沟壑地貌中具有良好的适用性,能较为细致地反映沟谷河道的准确信息;河源最小误差法及试错法下的水系分维数与理论值存在较大偏差,只适用于地形地貌变化不大的小型流域。     

基于差商分析的土裂隙分形无标度区确定方法

为了定量确定土裂隙的分形无标度区、提高分形维数计算结果的可靠性,基于数字图像处理技术提取土干缩裂隙图像,分析了在盒维数计算中拟合区间对土裂隙图像分形特征和分形维数计算结果的影响,并提出了采用差商分析的方法确定分形无标度区。结果表明,就同一张土裂隙图像而言,不同拟合区间的选取会导致分形维数值出现较大差异性,即计算存在不确定性;网格尺寸较小时,土裂隙分形特征较为明显,当网格尺寸增大到一定程度后,分形特征减弱甚至消失;采用一、二阶差商分析的方法可确定裂隙图像的分形无标度区,从而提升分形维数计算的可靠性。     

基于R/S方法的拱坝变形监测资料分析及性态评估

以某混凝土拱坝顺河向水平位移为例,通过R/S方法计算得到不同测点观测数据时间序列的Hurst指数(H)和分形维数(D),根据Hurst指数的值域范围,分析了观测数据的精度,根据分形维数阐述了大坝位移的分形特性,并结合逐步回归分析结果,对大坝的变形性态进行了评估。结果表明,在拱坝变形监测数据分析中,R/S方法能有效挖掘观测数据时间序列所蕴含的内在特征,从而进行准确的安全性态评价。     

秦岭山脉典型流域水系分形特征及空间分异性

将分形理论引入流域地貌形态的定量研究,利用盒维数法计算了秦岭地区22个典型流域水系分维值,分析其与流域形态和水文特征的相关性及空间分异性。结果表明,秦岭地区各流域水系在其无标度区间内呈现良好的分形特征,分维值处于1.033 5～1.079 5之间,相关系数达0.979 5以上;各流域水系分维值与流域形状系数呈正相关关系,与年径流深呈负相关关系,与河流比降呈较复杂多项式关系;秦岭山脉南北两侧水系分维值存在一定自组织相关性,尤以秦岭中部及西部地区较为显著,东部地区差异相对较大。     

基于投影覆盖法的小流域模型地貌分形特征

针对流域地貌所具有的明显各向异性和三维立体特征,将投影覆盖法引入其三维表面分形特征的直接量化,结合投影覆盖法计算三维表面分形维数基本原理和GIS技术,提出了基于投影覆盖法的计算流域地貌三维表面分形维数的GIS实现过程,并对9次摄影测量所得小流域模型地貌三维表面分形维数进行了计算。结果表明,投影覆盖法可实现流域地貌三维表面分形特征的直接量化,计算出的地貌三维表面分形维数准确反映了模拟降雨驱动下小流域模型地貌总体特征的动态变化过程;与计盒维数法相比,投影覆盖法更有利于揭示小流域模型不同发育阶段地貌特征的差异性,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化参数的选择具有重要意义。