基于改进MOMEDA的齿轮箱复合故障诊断

总体经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)对信号分解时由于白噪声选取不当,常造成能量泄露;通过计算多点峭度可以提取冲击性故障周期,但在强噪声环境下其追踪效果并不理想;考虑到多点最优最小熵反褶积(multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjuste,简称MOMEDA)提取故障时准确度受到故障周期区间范围的影响,提出了基于组合模态函数-多点最优最小熵反褶积(combined mode function-multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjuste,简称CMF-MOMEDA)的自适应齿轮箱复合故障特征提取方法。首先,通过EEMD对信号分解,将信号按高低频依次分开;其次,取与原信号相关性强的本征模态函数,通过组合模态函数(combined mode function,简称CMF)将原信号分解为高低两个频带C_h和C_L,分别求其多点峭度谱图,提取故障周期成分;然后,设定合适的周期范围,通过MOMEDA提取故障特征;最后,将该方法应用于齿轮箱故障特征提取,以验证其可行性。     

应用VMD与Teager能量算子的结构模态系统辨识

针对变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)参数选择对结构模态特征识别的影响,应用VMD和Teager能量算子(Teager energy operator,简称TEO)提出了一种新的结构系统辨识方法,根据VMD层数参量K的变化寻找稳定的极点,用于识别结构模态特性。为了满足TEO对单分量的要求,采用VMD方法将振动信号分解成不同尺度的细节信号(band-limited intrinsic mode function,简称BIMF)。对BIMF使用TEO法估计固有频率与阻尼比,使用层数参量K时形成的稳态极点判断真实结构模态系统参数,去除虚假分量。进行了数值和实验验证,并与传统方法进行比较,结果表明,所提出的方法在传统模态分析与环境激励的模态分析均为有效、准确且可行的。     

直线电机进给系统动态性能演化规律数值模拟与试验

为确定随工作台移动进给系统动态响应演变规律,利用达朗贝尔原理建立了工作台处于不同位置的直线电机进给系统动力学模型,基于ANSYS Workbench平台数值模拟分析了工作台处于最左端、中间、最右端位置处的直线电机进给系统模态响应,得到其前4阶固有频率和振型。采用锤击法单点激励多点拾振对两轴联动直线电机进给系统进行模态测试试验,利用LMS测试分析系统得到三种不同位置处的固有频率和振型,试验验证了直线电机进给系统工作台在不同位置移动过程中动态响应数值模拟的正确性和合理性,同时发现随工作台位置变化直线电机进给系统动态特性也随之改变,当工作台处于中间位置时系统模态低阶固有频率大于左右两端位置处,且随着工作台位置的变化系统质量分布出现偏移,为合理确定复杂工况下直线电机进给系统动态时变特性提供依据。     

基于扭转模态的管道裂纹聚焦成像

利用超声导波技术,对管道的裂纹检测进行了研究,理论分析了扭转模态的传播特点。基于有限元模拟,分析了不同尺寸裂纹对T(0,1)模态传播的影响。为检测管道中裂纹的位置和尺寸,引入了综合聚焦成像算法。利用该算法,将接收到的反射波在管道不同位置(θ, z)处聚焦成像,并建立管道的成像分布I(θ,z)。成像结果直观地反映了裂纹的位置和尺寸。      

基于L(0,2)模态导波的缺陷反射信号的实验研究

通过管道超声导波缺陷反射理论和检测理论,分析了超声导波与缺陷作用后的传播特性。为了对管道中缺陷信号进行辨识,利用周向压电晶片阵列在带有不同缺陷的管道中激励不同频率的L(0,2)模态导波对管道进行缺陷检测实验,研究了导波激励频率、模态转换后各模态幅值与缺陷尺寸的关系。结果表明,在缺陷截面比与信号激励频率相同的情况下,裂纹缺陷的反射系数比腐蚀缺陷的反射系数大;L(0,2)模态导波与裂纹缺陷相互作用后会产生F(2,3)模态;与缺陷同一周向位置的压电片接收的反射回波幅值最大。     

模态试验在后扭力梁上的应用

针对汽车后扭力梁结构在道路随机载荷激励下容易出现振动疲劳现象,采用模态试验法对其在自由状态下的模态参数进行分析,获取其振动特性。通过对模态试验中的悬挂位置、激励位置和测点位置的优化,测得后扭力梁的自由模态频率。最后将模态试验获取的后扭力梁结构前十阶自由模态频率与有限元计算结果进行比较,分析表明采用优化后的模态试验方案能够获得较准确的结构自由模态频率,与有限元计算结果具有很好的一致性。     

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。     

基于超声导波的钢轨完整性检测方法研究

检测无缝线路钢轨的完整性对于保障高速铁路的安全运营具有重要的意义。本文提出了基于超声导波实现无缝线路完整性检测的技术方案,设计了功能样机,并进行了实际线路测试。首先,基于半解析有限元方法求解得到了我国无缝线路CHN60钢轨中超声导波的频散曲线,通过分析频率、模态数量、振型等信息选取了适于检测钢轨完整性的导波模态,采用激励响应求解方法确定了所选取模态的激励点和激励方向;根据理论获取的数据信息,在环形道试验现场进行了实际测试,在钢轨轨腰中心安装导波换能器,沿着钢轨纵向激励,可以激励出选取的导波模态,并通过衰减曲线测试,该模态在两公里处可以接收到2 m V以上的信号。经在大西高速铁路现场测试,系统可实现2 km区间的无缝线路钢轨完整性的在线监测。     

基于频响函数识别结构非线性模态参数的方法

提出了一种基于频响函数识别结构非线性模态参数的方法,利用线性的模态分析技术,结合响应幅值线性化理论,通过步进正弦扫频测试激励非线性结构,得到结构在不同激励水平下的频响函数信息,最终识别得到非线性模态参数:包括与位移幅值相关的固有频率、与速度幅值相关的阻尼比。通过单自由度非线性系统与线性系统的对比,验证该方法的可行性。通过提取系统的非线性等效刚度、阻尼函数,与谐波平衡法的结果进行对比,验证该方法识别的准确性。     

运行模态分析中谐波模态识别方法研究及应用

为了使运行模态分析适用于含有谐波激励的情况.对随机信号和谐波信号统计特性进行分析,根据两种信号概率密度曲线的不同,提出一种识别响应信号中周期强迫响应的方法.对一块由电机激励的平板进行了运行模态和传统模态试验,验证了识别方法的有效性.针对某一国产轿车室内噪声大的问题,进行了运行时模态测试,分离出响应信号中的周期响应成分,得到了真实运行环境下的整车模态参数,这对该车同题的解决具有一定的意义,同时也验证了该方法具有实际应用价值.     

基于小波包的经验模态分解法的研究及应用

针对多频信号经验模态分解中的模态混成现象，提出了一种经验模态分解与小波包分解相结合的新方法。经验模态分解方法基于信号的局部特征时间尺度，把复杂的信号函数分解为有限的固有模态函数之和。利用最小Shannon熵准则，对出现混成模态的固有模态函数进行小波包分解，并根据小波包分解后各频带信号的频率分布特征，选择能量比重较大的频带信号进行重构，将重构信号作为新的固有模态函数分量。仿真信号和齿轮箱故障实测数据表明，新方法能将不同的频率成分提取出来，从而提高了经验模态分解的分解能力。     

电液伺服系统的二阶滑模控制算法研究

针对存在非线性和不确定性的电液伺服系统的跟踪问题,研究了基于时间最优和Lyapunov函数的二阶滑模控制算法。分析了现有二阶时间最优滑模控制算法的问题,提出了改进的二阶近似时间最优控制算法。它可在保证鲁棒性的同时,有效抑制抖振并提高二阶滑模的响应速度。以大型工程机械的电液伺服转向系统为例对算法进行仿真研究,验证了算法的有效性。     

泵站并联运行最佳方案浅析

针对离心泵站能耗大的问题。提出离心泵站多台水泵并联运行优化调度的数学模型．及泵最优启停次序的方法。实例表明该方法节能效果明显,可实现泵站的经济运行。     

超声振动铣削复合变幅杆扭转振动特性的仿真与优化

建立了1/4波长扭转振动复合变幅杆的理论计算模型,基于该模型设计了一种用于超声振动微铣削的扭转变幅杆,并利用ANSYS有限元仿真软件对其进行了模态及谐响应分析。通过仿真分析,获得了变幅杆扭转振动时的谐振频率、变幅杆的放大系数以及von mises应力分布等。为使变幅杆谐振频率更好地满足设计要求,最后对变幅杆的结构参数进行了优化。     

复合式高速直升机过渡走廊和最优过渡路线研究

针对复合式高速直升机在飞行模式转换过程中存在的过驱动问题,设计最优过渡路线并优化过渡飞行方案.建立动力学模型,设计有约束的过渡走廊;将最大安全裕度作为最优目标,通过粒子群优化算法求解最优过渡路线.仿真结果表明:最优过渡路线能确保高速直升机在飞行模式转换过程中合理地分配各操纵量,并确保了模式转换的安全性.     

集装袋原料运输方式的设计与优化

针对某耐火厂现场条件,指出运输集装袋原料过程中传统带传动送料方式的局限性,结合实际工况提出采用平板小车的运输方式。通过详细分析运料过程中场地的局限性及运输工艺的特点,逐步改进优化设计,最终采用了配置缓冲装置的双向闭环驱动平板小车的运输方式,并证明其在实际生产应用中效果较好。     

基于多元函数粒子群的齿轮箱检测优化方法

针对机车齿轮箱检测获取的多源信号具有数据量大、相关性低和可靠性差等问题,提出一种新型智能优化算法为多元函数粒子群优化算法。研究了粒子种群的异众比率和适应度对惯性权重的影响,在传统粒子群算法的基础上提高了算法的收敛速度及效率,以正则化模态差的适应度函数作为测点数量的评价指标,根据齿轮箱模态振型分析,实现了齿轮箱的多传感器检测优化。以齿轮断齿故障为试验对象,通过与传统检测方法比较分析,准确获取了齿轮箱输入轴转频39.5 Hz,第三级啮合频率90.5 Hz以及2～5倍频成分,快速识别了故障齿轮的位置。实验结果表明了该方法能够增强结构参数的识别率,有效提高了故障诊断的准确性,同时为机车故障预警和安全服役提供了关键技术基础。     

基于蚁群算法优化选取阈值的EMD消噪方法

为了改进经验模式分解(EMD)算法的消噪性能,在传统EMD消噪分解的基础上,参照小波阈值的消噪方法,提出了一种基于自适应阈值的EMD消噪方法。首先,建立去噪阈值和均方误差之间的对应函数,在所选阈值保证均方误差最小的前提下,利用具有较好全局搜索性的蚁群算法,根据建立的函数搜索阈值,克服了传统方法中硬阈值和软阈值固定选取的缺陷,实现了最优阈值的选取。仿真信号分析和实际轴承故障信号分析表明,该方法与传统的EMD消噪方法、软硬阈值分析方法相比,消噪效果更加明显。     

多学科优化设计技术及其应用研究

多学科优化设计已被广泛应用在汽车、飞机、工程机械等行业.利用多学科优化理论建立机械、液压、电控等多学科优化模型,在ISIGHT软件中搭建优化流程,进行DOE试验设计、优化设计、可靠性稳健性优化设计,得到系统优化结果,可以节约产品成本,提高产品质量.本文介绍了多学科优化设计的发展,并进行了一典型构件的优化设计.     

基于组件失效知识的结构组件优选方法

针对机械产品概念设计过程中功能与结构组件映射后进行设计方案配置时存在的组合爆炸问题,从降低潜在失效风险的角度出发,提出了一种基于组件失效知识的结构组件优选方法。在分析整理以往产品失效记录的基础上,构建了集产品组件—失效模式知识、失效模式关联关系知识和失效模式—失效风险知识于一体的组件—失效模式—模式关联—失效风险知识模型,给出了组件—失效模式—模式关联—失效风险知识的获取与表达方式。在此基础上,提出了基于组件—失效模式—模式关联—失效风险知识模型的结构组件失效风险值计算方法和结构组件优选方法,并以汽车差速器设计为例验证了所提方法的有效性。