摘要:结合机械故障信息监测的需求,将微机电系统(micro electro-mechanical system,简称MEMS)传感器技术引入到机械装备的振动测量中,介绍了压阻式MEMS加速度传感器的检测原理 、结构设计、微加工工艺及其关键技术。以“小变形-大应力”为敏感结构设计思路,研制了梁膜结构、孔缝双桥结构以及复合多梁结构3种高频加速度传感器,以满足高速制造装备的振动信号监测对传感器的需求。通过静态、动态性能测试实验可以看出,3种结构均在一定程度上提升了传感器的测量性能,实际测振实验也说明所研制的MEMS加速度传感器具备了装备振动信号检测所需的功能。具有微型化、低成本以及可大规模生产潜力的MEMS传感器的发 展为高端机械制造装备的发展提供了新的器件支持,推动主轴部件等的智能化、一体化发展 。

摘要:为了有效和快速地实现直线型超声电机的设计,提出了一种基于响应面法的直线超声电机优化设计方法并应用于蝶形直线型超声电机。响应面法是一种试验设计与数理统计相结合的优化方法。首先，利用有限元法建立定子的参数化模型并选定设计变量;其次,利用试验 设计方法在变量空间里选取样本点,对各个样本点所对应的结构利用APDL建立有限元模型并进行模态分析和谐响应分析,得到对应各样本点的响应值,利用这些样本点和响应值建立定子响应面近似模型；最后，利用单纯形法找到最佳的设计方案。优化结果显示，蝶形直线超声电机的多方面设计要求都得以实现。

摘要:为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的V型压电换能器,对其进行了有限元仿真分析和实验测试。有限元分析表明,压电陶瓷片与金属弹性基片之间有一个最佳厚度比，为0.5,使得换能器发电能力最强。随着换能器两金属基片夹角的增大,其输出电压不断减小。实验测试显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电陶瓷片厚度为0.15 mm时,其输出开路电压最大,验证了有限元分析的可靠性。在输出功率测试中,V型压电换能器对外负载供能具有较好的优越性,且在峰值为0.3N的作用力下 ,输出功率达到22μW。

摘要:为实现水下航行器噪声源和噪声传递路径的识别、量化,利用工况传递路径分析(operationa l transfer path analysis,简称OPA)并考虑其在实际应用中面临的4个关键问题,选取恰当的工况数组合和参考振源,采用截断总体最小二乘(TTLS)方法，有效地避免了矩阵求逆存在的不适定问题,由此建立水下结构的OPA模型。进行水下单、双层圆柱壳体结构的振动声辐射试验,实现了噪声与结构振动数据的同时基采集。基于建立的OPA模型编制程序进行水下单、双层圆柱壳体结构的噪声贡献量分析,结果与试验测量结果吻合较好,并从传递路径的角度找出了对壳外噪声起主导作用的环节。建立的OPA方法可以识别、量化水下圆柱壳体结构的主要噪声源和噪声传递路径,并且能够指导水下航行器噪声的实时预报和减振降噪措施的正确实施。

摘要:针对不完备、不协调信息条件下的故障诊断问题,研究了一种基于相似关系的最优故障诊断方法。首先，采用不完备诊断信息系统描述不完备诊断信息,根据不完备诊断信息系 统的最优完备选择,设计了不协调的不完备诊断信息系统的属性约简方法;然后，对于不完备的诊断对象, 设计了基于可信度的最优诊断方法；最后,将该方法应用于航空发动机故障诊断,验证了该方法处理不完备、不协调信息的可行性和有效性,提高了不完备信息条件下的故障诊断效 率。

摘要:针对主动调谐质量阻尼器(active tuned mass damper, 简称ATMD)控制系统用于结构振动 控制工程中存在主动控制力偏大、控制系统鲁棒性较差的不足,基于线性二次型最优控制理论,设计了一种带有补偿器的滑模控制算法来计算ATMD系统的主动控制力。为了避免控制系统过大的颤振,提出一种含有饱和函数的指数趋近律,并且给出了相应准滑模控制器的设计方法。鉴于实际中会产生外部能量有限问题,引入了相应的饱和控制器。以一个单自由度结构模型为例进行了相应的数值分析,与相应的未含补偿器的指数趋近律方法设计的ATMD控制系统以及AMD和TMD控制系统的控制效果进行了对比。仿真结果表明,所提方法在保证控制系统 较好鲁棒性和较小颤振的前提下,具有较好的控振效果。

摘要:为了提取多分量调幅调频信号的幅值和频率信息,提出了基于局部均值分解(local mean dec omposition,简称LMD)的能量算子解调机械故障诊断方法。该方法先利用LMD将机械调制信号分解成若干个乘积函数(production function，简称PF)分量,然后对每一个PF分量进行能量算子解调,获得信号的幅值和频率信息进行故障诊断。利用该方法对仿真信号以及轴承和齿轮故障振动信 号进行实验研究的结果表明,基于LMD的能量算子解调方法能够有效地提取机械故障振动信号 特征。

摘要:提出一种基于线性时频分布和双线性时频分布的时频特征融合策略,既消除双线性时频分析的交叉项，又保持双线性时频分析的时频聚集性。仿真信号的分析说明了该融合策略的有效性。通过融合策略在轴承外圈故障以及齿轮箱故障情况下的特征信号的时频分析,表明该策略能有效表示信号中的故障特征对时间和频率的分布情况,是一种有效的故障诊断时频特征表示方法。

摘要:为了检验新型可重复锁紧装置 在卫星发射主动段对磁悬浮飞轮的保护效果,采用三轴正弦扫频振动和随机振动模拟发射振动工况对其进行振动测试实验。提出了基于电涡流位移传感器的转子振动位移检测方法,以及基于扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,简称SEM)和能量色散谱仪(energy dispersive spectroscopy,简称EDS)的锁紧接触面形貌分析方法,对锁紧装置的宏观、微观保护效果进行评估分析。振动测试结果表明,飞轮转子最大振动位移为45μm,小于100 μm的飞轮保护间隙,锁紧装置对飞轮起到 了有效的保护作用。微观分析则揭示出,锁紧接触面内存在脆性断裂和疲劳断裂两种微动磨损机制,并伴有氧化反应发生,可以采取微动抑制措施进一步改善锁紧保护效果。

摘要:为了提高钢丝网垫减振器的动力学设计与分析的效率,根据其动力学特性,建立了一种钢丝网垫的参数模型用于该类结构的三维有限元建模，并通过某钢丝网垫动力学模型参数的试验识别过程给出了钢丝网垫减振器的实际试验建模方法。对钢丝网垫减振器施加单频激励,并测量该激 励与相应的位移、速度、加速度响应,然后基于最小二乘法识别出所提出动力学模型的参数。在此基础上进一步探讨了激励频率、泊松比等因素对参数识别的影响,并给出正确识别模型参数所需要的方程个数。研究了钢丝网垫广义密度与模型参数的关系, 证明了所提出模型的有效性与识别方法的可行性。

摘要:为了分析铣削过程振动信号的非线性特征,使用双谱、李雅普诺夫系数、变形维 数和近似熵分析变切深铣削过程中平稳铣削振动信号、颤振孕育振动信号和颤振振动信号。试验结果表明,振动信号在铣削颤振孕育和发生状态时具有强混沌特征,其双谱特征和混沌特征相结合可以作为识别颤振孕育、发生的有效手段,基于球形支持向量机分类器对平稳铣削、颤振孕育和颤振发生进行识别,识别准确率达98.0％。

摘要:主要研究了气热固耦合场对涡轮模态参数的影响。采用基于ｋ-ε湍流模型理论建立了涡轮的流场模型,进行网格划分和边界条件的加载。通过气热固耦合分析计算获得了流场内部温度和压力的分布,把气动力及温度载荷映射到涡轮结构上,并在此基础上进行了 涡轮 模态的计算。计算结果表明,气热固耦合场主要影响涡轮结构的模态固有频率,对模态振型的影响较小。

摘要:采用突变理论对非线性转子系统碰摩故障的突变性能进行了定量研究,用平均法推导了非线性转子系统碰摩故障的频率响应方程,建立了碰摩故障的尖点突变流形和分叉集,确定了激励频率、偏心距、轴刚度非线性系数等导致系统突变的重要影响因子,分析了影响因子变化与突变发展的规律,提出了避免突变发生的预防措施,并通过数值计算方法验证了以上分析结论。

摘要:针对实际齿轮箱轴承系统,建立了转子故障滚动轴承轴承座系统非线性振动模型，在模型中充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性接触力及变柔度VC振动。在此基础上, 进一步建立了轴承外圈、内圈、滚动体局部损伤故障非线性动力学模型,并运用数值积分的方法进行了动力学仿真与分析。仿真分析结果验证了滚动轴承存在局部故障时的动力学特性 ,表明轴承局部损伤故障动力学模型的正确性。

摘要:针对旋转型行波超声电机驱动和疲劳寿命测试要求,采用嵌入式微控制器可编程片上系统(PSOC)设计了单片集成测控系统。利用该微控制器的数字模拟混合设计特性,设计了超声电机驱动信号产生模块；基于内部运放设计了数控电流源,针对磁粉制动器实现了数控加载控制；采用内部比较器设计了转速信号调理电路,实现了信号整形处理,便于外部接口。该集成测控系统简化了电路设计,提高了系统的稳定性,便于组成测控网络或移植到其他类似应用。

摘要:针对船舶机械低频减振的特点,探讨了船用隔离器低频减振效果。利用磁流变阻尼器具有响应速度快、阻尼可控、功耗小、阻尼力大、动态范围广及适应面大等特点,通过将钢 丝绳弹簧与磁流变阻尼器并联组合构成的新型船用隔离器。对船用隔离器的低频振动性能开展了试验研究,振动试验的激振力频率为1～15Hz,力幅为24kN。试验结果表明,该船用隔离器有较好的减振效果,低频段的减振效果优于传统减振元件,磁流变阻尼器的使用能够明显 削弱振动的共振峰值。

摘要:为了对CX8075加工中心底座进行合理设计,基于ANSYS有限元分析软件,对CX8075加工中心底座的动态性能进行了分析研究。通过对底座箱体支撑结构的修改,实现了对底座结构的优化设计,提高了底座的固有频率,使其有效地避开了机床的工作频段,达到了设计要求。

摘要:针对大口径天然气管道运行的非线性系统的特点,利用局部投影降噪方法对高含噪声的音波信号进行降噪处理。介绍了局部投影降噪方法的理论基础、算法步骤和数学模型，对该算法中的关键参数嵌入维数和时间延迟分别进行了说明,并用相应的方法进行求解计算。对现场3种不同工况的原始音波数据进行降噪分析,结果显示信噪比提高了20.7～38.2dB,说明了局部投影降噪方法对音波信号降噪的有效性和实用性,能实现噪声与特征信号的正确分离。

摘要:运用压电智能材料频响范围宽 、响应速度快的特点,设计制作了双向受力压电主动杆件,通过动力特性以及驱动性能测试,得到了压电主动杆件的驱动增益函数和频响特征;基于遗传算法,对网壳结构进行主动控制时主动杆件的数目和布置位置进行了优化设计;运用8个自主研制的压电主动杆件,对一凯威特 网壳模型进行了主动控制振动台试验,对压电主动杆件采取循环开／关闭合驱动的方法,实现了对结构的多点最优控制,并使结构的竖向及水平加速度和位移均得到了良好的控制。结构的模态频率最大抑制达到14％,模态阻尼比最大提高了2.2。

摘要:针对非线性信号特征提取问题,提出一种基于平稳小波变换的相空间重构方法。对信号进行多层平稳小波分解,利用得到的不同尺度小波系数进行相空间重构,通过局部切空间变换方法提取蕴涵在相空间高维数据集中信号的低维形态特征。仿真试验结果表明,非线性信号 经过平稳小波变换后,吸引子轨迹与原有轨迹具有相似的结构。利用局部切空间变换可获得带有高斯白噪声的非线性信号的低维形态特征,该低维形态特征与原有非线性信号的吸引子轨迹相似。这种相空间重构方法较传统的方法具有一定的优势,可以用于提取含有噪声的机械振动信号的故障特征。

摘要:针对传统的发动机气密性检测需要拆卸发动机的缺点,提出了一种基于起动电流的不解体实车在线检测方法。在对发动机不供油起动阶段各缸工作行程、起动阻力矩、瞬时转速、电压和电流的变化规律及相互关系进行了理论建模后,通过柴油机智能检测节点同步采集的实测信号验证了理论模型的正确性。针对F3L912型柴油机提取工作相位难的问题,采用压缩上止点指数来定位压缩行程上止点,进而实现故障缸的定位，并引入了归一化的气缸密闭性参数来判断气缸密闭一致性。在对正常、轻微漏气及严重漏气3种工况下提取的参数进行分 析后,证实了提取的参数能够有效区分这些工况。本研究方法在实车在线不解体的情况下实 现了发动机气密性故障的定性、定缸和定量判断。

摘要:以TRUM-60行波型超声电机为研究对象,挖掘和利用超声电机的一些优异伺服作动特性,从驱动控制器的电气特性入手,对超声电机驱动及控制技术进行了更加深入的应用工程研究。在超声电机再次加电启动、开环条件下旋转角秒级和直线纳米级的分辨率、快速往复动态特性、双PWM功率驱动拓扑结构等驱动及控制算法与策略等方面,获得了一些新的研究进展。

摘要:从实际应用角度出发,全面分析了无线传感器网络节点的功能特点、压电悬臂梁的频率选择以及俘能电路的功能特性,提出了集成化的环境振动能量采集器,并进行了实验研究。明,所制备的环境振动能量采集器的整体装配尺寸约为83mm×55mm×12mm,在33mA的驱动结果表负载下能提供稳定的3.3V供电电压,根据俘能电路的输入输出特性，可计算出其综合转换效率约为79％。

摘要:为了对金属拉深件成型时裂纹所产生的非平稳信号进行处理,最终提取到声发射信号的特征参数,从而进行金属制件的状态识别，首先，以Matlab数据处理软件为工具 ,采用小 波包分析对金属板料拉深成型实验中采集到的声发射信号进行多维正交分解;然后，对信号进行平滑、消除趋势项、差分处理得到平稳信号,剔除了噪声信号带来的影响;最后,采用时序分析建立各分解信号的自回归模型以提取声发射信号的特征参数,以此进行制件的状态识别, 并通过实验加以验证。研究结果表明,通过此方法将金属拉深制件成型时裂纹的非平稳信号转换为平稳信号,再经时序分析提取到了声发射信号的特征参数及其分布图,根据其分布图能够判定金属制件有无裂纹状态。

摘要:根据张量积二维小波理论,利用Daubechies小波的正交性,建立了基于梁结构动力学方程和有限元方程的一维分布动载荷的识别方法,即二维小波伽辽金方法。该方法将动力学方程和有限元方程由时域转化到小波域中,从而将时域中复杂的卷积关系变成小波域中简单方程组的求解。仿真算例表明，该方法能有效识别一维梁结构上的分布动载荷且计算效率较高。

摘要:针对转子故障诊断问题,提出了一种基于复杂网络的转子故障诊断方法。首先,依据粗粒 化方法,把转子振动信号转化为由5个特征字符｛H,h,e,l,L｝构成的波动符号序列;然后，以符号序列中的125种3字符串组成转子振动信号的波动模态作为网络节点(即连续4个时刻振动信 号波动组合),并按照时间顺序连边,构建3种故障所对应的转子振动信号的波动复杂网络；最后，将振动信号波动模态间的相互作用等综合信息蕴含于网络的拓扑结构之中。对网络的度与度分布、聚集系数、最短路径长度等动力学统计量的计算分析结果表明,利用复杂网络的动力学统计量可以准确诊断转子的振动故障。

摘要:提出了运行状态模态分析(operational modal analysis,简称OMA)模态参数的优化和盲分析的方法。通过模态参数优化,在不丢失物理模态的前提下,所有分析方法的模态分析结果经过优化最终都可以得到统一。提出了在优化过程中清除虚假模 态的机制,由此可以实现完全自动化的OMA模态分析,即在选定频带范围内,不经过任何人机交互,都可以得到数学意义上最优的OMA模态分析结果。通过上海卢浦大桥的OMA试验对该优化算法及自动化分析算法进行了验证。结果表明,所提出的优化方法及自动化分析方法是可行的。自动化模态分析的方法操作简捷,分析结果不包含虚假模态,在数学意义上理论曲线和实测曲线最为吻合。

摘要:采用微机电系统(micro electrical mechanism system，简称MEMS)工艺制作了一种气泡致动器,该致动器结构可整体弯曲变形，适于安装在消声器内部。通过调节致动器驱动压力的大小,控制气泡的变形高度,导致消声器的共振腔体积发生变化,实现对多个频率噪声的抑制。试验表明，当致动器的驱动压力分别为0.04和0.07MPa时,消声器的共振频率由745Hz变化为736和731Hz，所设计的消声器实现了对多个频率噪声的抑制作用。

摘要:针对传统振动传感器不适应大规模组网监测及振动信号的无中继远距离传输的问题,设计研制了一种新型的基于光信号并适宜信号远传的匹配滤波光纤光栅振动传感器。该传感器结构简单，匹配滤波环节少，生产简便。实验室性能测试结果表明,传感器响应频率与测试频率一致,信噪比高,满足桥梁低频响应的检测要求。实桥监测结果验证了其信号远距离传输的可靠性及对结构低阶频率的良好识别效果。