摘要:针对高速公路车辆超载严重的问题,提出了一种以压电薄膜聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)为敏感元件的新型高速公路压电动态称重传感器。分析了该新型传感器的工作原理,采用有限元分析软件ANSYS建立了传感器的机电耦合模型,模拟得出了单片PVDF、双片PVDF串／并联情况下产生的电荷量。针对该传感器设计了一种简单调理电路,使PVDF的高阻抗输出变为低阻抗输出,并对所采集的电信号进行有效的放大。为验证该压电传感器方案设计的可行性,进行了室内试验和小型乘用车现场动态实测。试验结果表明，压电传感器具有较高的灵敏度,可以对车重进行实时检测和数据分析。

摘要:为了降低电动车电磁噪声,以电动车用永磁同步电机为研究对象,建立了有限元参数化模型,计算径向力波。通过解析法和试验,验证了有限元参数化模型的正确性。应用该模型,以永磁体厚度、气隙长度、定子槽中心宽度、定子槽开口宽度4种结构因素为设计变量,以1阶、2阶、3阶径向力波能量和径向力波均值最小为目标函数,进行了影响径向力波的结构因素灵敏度分析。结合电机设计要求,提出了改变气隙长度和定子槽中心宽度的参数优化方案,有限元计算结果显示优化方案改善了径向力波。

摘要:提出了在运行状态下桥梁行车激励辨识的实验模态方法。在运行模态识别的基础上,建立结构动刚度模型,通过对运行状态下结构振动加速度时程的滤波分解,求得各阶模态的瞬时振幅,从而反演结构所受的各阶模态力时程。运用随机振动基础理论,计算桥梁各阶活跃振型所对应的等效静荷载大小,并统计由于结构振动引起的荷载放大系数。结合某120 m跨径钢管混凝土系杆拱桥的原型实验说明该方法的有效性。结果表明,所提方法能够克服荷载辨识过程中由于反分析奇异性所带来的不确定性问题,使用简便,适合应用于桥梁结构健康监测系统。

摘要:在考虑输电线的几何非线性基础上,建立了输电塔线体系的三维有限元计算模型。依据现行《电力设施抗震设计规范》,模拟生成了适合输电塔-线体系的多点地震动时程。利用质量、弹簧单元和阻尼单元模拟了调谐质量阻尼器,并对控制参数进行了优化。运用非线性时程分析方法,研究了多点地震激励对高压输电塔线体系振动控制的影响。研究结果表明调谐质量阻尼器的减震效果显著,能够有效地减小输电塔的地震响应;仅考虑行波效应和多点激励对输电塔的减震效果影响较小,并且多点激励对输电塔的减震效果优于一致激励,但仅考虑相干效应减弱了输电塔的减震效果。

摘要:为了提高机床加工过程中刀具磨损的监测能力,选择主轴电流和进给电流为主要信息,基于小波分解及软测量模型进行电流信号的多特征提取,从加工进给和主轴驱动两方面反映刀具磨破损信息;在此基础上,基于Parzen视窗法进行多特征信息的数据融合,构建智能报警模型,并依据拉依达法则确定报警边界,从而实现刀具状态的智能报警。将该技术应用到机床的加工中,实验证明可以实时地监测刀具运行状态并进行磨破损报警。

摘要:运用行波法求解智能Timoshenko梁的强迫振动响应。基于梁的振动行波法分析理论,介绍周期力和周期力矩激励下激励点处波的传播关系,推导在逆压电效应下,智能Timoshenko梁上某一点的响应函数,并以智能Timoshenko悬臂梁为例,得到梁不同位置的拾振点处的幅频和相频特性及不同受力状况下的智能梁的幅频特性,还得到了受迫振动的时域响应信号波形,最后将求解结果与有限元法求解结果做对比分析。分析结果表明,行波法分析可用于精确计算智能梁的强迫振动响应。

摘要:针对快速存取记录器(quick access recorder,简称QAR)所记录的飞行数据小突变信号监测问题,提出一种总体经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)结合希尔伯特变换(Hilbert transform,简称HT)的时频分析方法。介绍了EEMD的基本原理及其求解步骤,在评估实际QAR数据序列的平稳性的基础上,对存在小突变的飞行数据序列进行求解分析。结果表明EEMD可有效抑制模态混叠现象,基于EEMD求解结果的希尔伯特谱与瞬时能量密度水平可检测出飞行数据中的小突变信号,证实了EEMD结合HT对QAR数据中小突变信号检测的有效性。

摘要:针对压电柔性悬臂梁裂缝损伤检测与损伤程度识别问题,采用小波包分析和小波神经网络相结合的方法进行裂缝深度识别实验研究。利用小波包频带能量谱构造柔性悬臂梁裂缝损伤指标,即能量比相对变化量的H2范数,并建立压电柔性梁裂缝损伤实验装置。激励柔性梁的振动,记录两路压电传感器采集的振动信号,进行小波包分解并计算损伤指标。将这些损伤指标进行组合,作为小波神经网络的输入特征参数,进行裂缝深度即损伤程度的识别。实验结果表明:能量比相对变化量的H2范数对柔性梁的裂缝损伤敏感,对测试噪声不敏感;采用的小波神经网络可以精确识别柔性梁的裂缝深度。

摘要:为了在钢筋混凝土结构损伤识别过程中有效地考虑微裂缝引起的非线性特征,提出了一种基于奇异值分解的三阶累积量方法,通过对结构损伤过程中振动加速度信号的三阶累积量进行奇异值分解,根据主奇异值的变化来判断混凝土结构的损伤程度和定性评价结构性状。为了验证该方法,对两根钢筋混凝土简支梁进行了损伤试验,试验数据分析结果与试验中裂缝开展的观察结果比较吻合,表明三阶累积量的最大主奇异值能够有效地反映钢筋混凝土梁在各级荷载作用下结构损伤的变化情况,说明该方法是令人满意和有效的。

摘要:为准确获取钻柱信道内声信号传输特性,基于一维低频纵波传输理论,应用有限差分法和传递矩阵法构建了周期性管结构钻柱信道模型,引入不同接收边界、钻柱长度等实际条件进行了信道瞬态响应仿真,研究了两种建模方法在信道模型求解中的性能,并分析了空间步长对信道模型分析的影响规律。计算结果表明,两种方法均能获得通阻带交替且通带伴有谐振尖峰的梳状滤波器频谱结构;但对于较长钻柱,受网格划分与步长选取影响,有限差分法引入的数值计算误差将产生频散,并导致通带平滑且谐振尖峰数目减少,而传递矩阵法则更适用于较长或具有非周期性结构的复杂钻柱信道频域分析。

摘要:利用航空发动机已有的测速齿盘、传感器等装置,研究了一种非接触式的航空发动机转子扭振测量新方法。该方法根据扭转振动将引起测速脉冲信号宽度发生变化,造成转子转速瞬时波动的原理,监测转子是否发生扭振。通过实验和数值仿真对其进行了验证。结果表明,该方法可以监测由于扭振引起的转速波动,实现对转子扭振的测量。

摘要:将不确定结构中的区间参数用泛灰数表示，对获得广义区间特征值方程的求解方法进行了研究，提出了一种简洁的算法。利用泛灰数的可扩展性对区间问题进行了分析，通过数学算例说明泛灰数不仅具有区间分析功能，且能解决区间分析所不能解决的问题。根据广义Rayleigh商的性质和对区间特征值的单调性分析，研究了广义区间特征值方程的求解方法，提出了一种基于泛灰数学的计算广义Rayleigh商法。将此算法应用于两个算例，通过与其他算法结果比较，验证了该方法具有计算简单、准确可靠，故有一定的工程应用价值。

摘要:研究了锆钛酸铅压电陶瓷(lead zirconate titanate piezoelectric ceramic,简称PZT)传感器的激励电压与压电阻抗法(electro-mechanical impedance,简称EMI)结构健康监测技术灵敏度之间的关系。借助WK6500B精密阻抗分析仪及自行搭建的高激励电压电阻抗测试系统(high excitation voltage electrical impedance measurement system,简称HEVEIMS),在0.01～20V之间8种不同激励电压下,对尺寸为1250mm×100mm×3mm铝梁结构上距离PZT传感器1 000mm的直径为1.2，2.5和3.5mm的通孔损伤进行了检测。研究结果表明,激励电压与检测灵敏度之间的关系是非单调的。在1～10V范围内,提高激励电压能够显著增大EMI方法的检测灵敏度。高激励电压下PZT电阻抗信号中非线性成分增多是导致EMI方法检测灵敏度升高的主要原因。研究结果不但为EMI检测中激励电压的选取提供了参考,也为明确激励电压与检测灵敏度之间的相关关系提供了数据支持。

摘要:手动变速器的噪声控制是汽车噪声控制的难点之一。基于低噪声变速器测试台,对某5档手动变速器的噪声特性进行了全面测试。综合利用频谱分析、阶次分析和相干分析等方法来识别变速器的主要噪声源。分析表明：变速器的振动主要是由挡位齿轮啮合过程以及主减速齿轮啮合过程共同引起;且高速时挡位齿轮啮合过程引发强烈振动的原因与齿轮轴弯曲和齿轮模态有关;5档高速工况时,变速器噪声的主要引发原因是变速器箱体表面某位置的振动,若要改善变速器的振动噪声特性,可从该位置处入手。分析结果为低噪声变速器的优化设计提供了试验支持。

摘要:提出一种基于仿射变换的(Newton-Raphson,简称N-R)数字图像相关算法。首先,采用人机交互的方法在变形前后的图像中选取匹配特征点,计算仿射变换参数;然后,根据仿射变换位移模式计算目标子区中心点的位移,将其用作N-R算法的初值。为降低计算量,采用全场插值,插值运算次数降为常规插值的1％左右。仿真测试表明,基于仿射变换的N-R算法在精度保持不变的情况下显著减少计算时间,克服了常规N-R算法计算量大、效率低、只适用于无刚体转动目标等缺陷,为开发直升机桨叶变形摄像测量系统提供了算法基础。

摘要:旋转机械在线状态监测和故障诊断系统中振动数据的实时存储和远程传输对数据压缩提出了较高的要求。小波分析做为数据处理的常用方法,已被广泛地应用于数据压缩并取得了良好的效果。给出了振动信号的小波通用压缩方法,通过分析旋转机械振动信号的特点和小波函数几种重要属性对小波压缩的影响,提出了旋转机械振动信号压缩过程中最优小波基的选择方法,并根据旋转机械实际故障信号比较了相应小波的压缩效果。结果表明,通过选择合适的小波基函数,可以有效提高重构信号的信噪比。对于旋转机械复杂突变类故障信号应选择低分解消失矩,高重构正则性的双正交小波进行压缩。本研究方法和结论对旋转机械振动信号小波压缩的进一步研究有一定的参考作用。

摘要:为了研究振翅冲击形态下水下冲击射流的频率特性,采用自由能格子Boltzmann方法对一定水深条件下的平面冲击射流流场进行了数值模拟,验证了水下冲击射流除存在稳定冲击运动形态外还存在一种新的振翅冲击运动形态。对振翅冲击射流流场内特定位置上变量的频谱分析表明:横向速度u和自由界面做周期性变化,两者频率相同;在中心轴线上,流向速度频率是横向流动速度频率的两倍。同时,与稳定冲击形态下的射流相比,振翅冲击形态下射流中心轴线速度衰减加快。

摘要:提出用非线性动力学行为进行不确定转子-轴承-密封耦合系统经验参数的研究,结果旨在为选择重要经验参数和实际控制转子的稳定运行提供依据。基于Muszynska模型和Capone圆轴承非线性油膜力模型,推导建立密封流体激振力和油膜力共同作用下的参数不确定转子-密封-轴承系统非线性动力学方程,通过数值分析,研究了该系统在平均周向速比常数影响下的分岔特性以及影响规律,并分析了几个特定参数下系统随转速变化的分岔特性和非线性动力学行为。分析结果发现，平均周向速比常数对系统的非线性动力学行为影响很大,随着平均周向速比常数的增大,系统提前出现倍周期分叉,并且振幅增大,使得不稳定性增加。基于上述分析,给出了合理的平均周向速比常数取值范围。

摘要:根据飞机垂尾抖振响应的特点,提出飞机垂尾抖振响应主模态控制概念和方法,用于垂尾抖振响应压电主动控制系统设计。采用自主研制的弓形压电作动器,并用随机激励力模拟抖振载荷,进行了垂尾模型抖振控制地面实验。结果表明,采用抖振主模态控制方法,可使垂尾模型梢部抖振位移响应功率谱密度函数的第1阶模态峰值降低94％,第2,3阶模态峰值分别降低53％和85％;采用弓形压电作动器为控制执行元件可有效实施垂尾抖振响应主动控制。

摘要:针对航空发动机转子系统的突发故障检测,提出了一种适用于动态过程检测的半监督学习(semi supervised learning,简称SSL)方法——动态半监督学习方法(dynamic semi supervised learning,简称DSSL)。首先，用已经有类标的数据对学习器模糊KNN(fuzzy k-nearest neighbour,简称FKNN)进行初始化训练，训练完成后,当新的数据到达时,对新的数据进行分类；然后，计算类的演化指标来检测系统的演化程度，检测阶段完成后,学习器根据检测结果实时的修正自身参数,以自适应最终的动态分类任务；最后,用转子试验台模拟航空发动机突发性扇叶断裂故障来获取数据,该实验结果验证了提出方法在突发性故障检测中的可行性、有效性。

摘要:针对目前的航空航天遥感平台成本高、采样精度低、实时性不强的特点,提出了带有采集装置的四旋翼飞行器作为采样农田信息的低空平台。总结了农田土壤信息获取的主要方式与特点,指出四旋翼飞行器将是适合高密度、实时性强等特点的农田信息采集新平台。同时讨论了四旋翼飞行器的国内外研究进展,分析了带有采集装置低空平台的结构构成、惯性测量系统,研制了重量为1200g,续航时间大于20min的低空平台样机,并提出了远地面无线传感器获取、近地面旋翼风作用和直接接触地面采集的3种新采集方式。

摘要:针对水下监测平台系统在水流作用下的动力响应及系泊缆的冲击张力问题,基于Hopkinson冲击载荷理论,考虑系泊缆的垂度效应,采用等效弹性模量法修正了系泊缆拉力和弦向作用力之间的差异,建立了水下监测平台浮体和系泊缆在碰撞及稳定运行过程中的系统动力学模型。利用水力学理论和海洋工程结构力学理论对其进行求解,研究了在受到冲击及冲击结束后系泊缆的受力特性和平台的运动特性。针对具体算例和水文环境进行计算。计算结果表明,在水流的作用下,浮体会产生较大的垂荡和横荡位移,横荡位移很快趋于稳定,垂荡位移由于水流涡激升力的影响会产生振动。由于浮体和系泊缆间冲击的存在,以及水流涡激升力的影响,系泊缆在松弛张紧转变过程中,其张力产生较大的变化。

摘要:针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于改进经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)与谱峭度法的滚动轴承故障特征提取方法。首先,利用EMD方法对原故障信号进行分解,得到若干平稳固有模态分量(intrinsic mode function,简称IMF);然后,采用灰色关联度与互信息相结合方法剔除传统EMD分解结果中存在的虚假分量;最后,运用谱峭度法和包络解调方法对真实IMF分量进行分析,提取故障特征频率。通过对实际滚动轴承故障信号的应用表明,该方法可有效地提取滚动轴承故障特征,且能够取得比传统包络解调分析更好的效果。

摘要:针对夹具设计中容易出现的振动频率低,传递特性差和能量消耗多等问题,提出综合使用拓扑优化和参数优化对夹具进行优化设计的方法。根据振动试验夹具的实际应用和设计原则,利用拓扑优化得到夹具合理的总体布局,用参数优化调整夹具的几何参数,使设计出的夹具能够满足设计要求。以某夹具设计为实例,通过Patran／Nastran有限元分析软件作为仿真分析平台,交替采用拓扑优化和参数优化对夹具进行设计与改进,得出满足要求的振动夹具设计方案,并经过试验证明了设计的有效性。本研究方法对其他结构的动力学设计亦具有一定参考价值。

摘要:针对大型汽轮发电机端部结构固定比较薄弱极易发生事故的特点,提出了采用镜像原理、比奥萨格尔定律和叠加原理计算定子绕组端部电磁力密度解析式的方法。以国产600 MW大型汽轮发电机端部结构为分析对象,对沿圆周分布的各个线棒鼻端同一段处和几个关键点的径向和切向电磁力密度的分析结果表明,不同时刻切向力最大值出现的位置是有规律的,且径向和切向电磁力是一个数量级的,总体上看径向电磁力大于切向电磁力,但就最大值而言,径向电磁力是小于切向电磁力的。计算仿真结果为发电机端部结构的固定和事故的预防提供了参考。

摘要:针对无线传感器网络大规模实时连续监测应用中存在的庞大数据传输困难、实时性不足等问题,提出了一种由单基站同时并行接收多个信道数据的网络结构,并设计了能够同时并行接收多信道数据的多信道基站节点。基站设计以FPGA作为核心,控制多个射频模块并行工作在不同信道,控制USB2.0总线实时连续传输数据给监控中心,实现大规模实时连续监测。通过搭建多信道无线传感器网络实时连续监测系统,验证了多信道基站节点的功能。

摘要:针对齿轮系统在复杂工况下轮齿表面早期复合故障难诊断的问题,分析了轮齿齿面不同故障引起的瞬时传动误差变化的规律,建立了含不同齿面故障的齿轮系统传动误差模型。根据齿轮系统传动误差信号的阶次特征,采用改进陷波滤波的方法,从传动误差信号中分离出轮齿故障引起的传动误差分量信号。经齿轮传动系统实验台实测传动误差信号实验验证,结果证明:传动误差信号信噪比高,轻载变速工况下,经陷波滤波分离的故障传动误差分量信号能够准确反映不同类型的齿面早期故障。

摘要:为提高轴承故障诊断的准确率,以灰色关联理论和信息熵理论为基础,提出了基于灰关联信息熵提取属性特征的支持向量机决策树多故障分类器。该分类器可以实现对轴承的多故障类型的分类,并对轴承的各类故障进行了分类实验。验证结果表明,该方法可有效地进行故障状态识别,达到了准确进行机械系统多故障诊断的目的。

摘要:基于模态试验数据和模型修正方法,研究了印制电路板物理参数识别方法。印制电路板的动态特性对电子设备可靠性有重要影响,即使铺层相同的印制电路板因电路分布不同,其弹性模量、泊松比差异也较大。因此,为了获得更加精确的有限元模型,需识别印制电路板的主要物理参数。以航天使用的某种印制电路板为例,分别采用基于灵敏度分析和基于响应面方法的模型修正方法对印制电路板的物理参数进行识别。两种方法识别的弹性模量、泊松比基本一致,计算和试验的振型相关系数接近1,且修正后有限元模型计算应变值与试验应变值在载荷较小时基本一致,表明识别结果比较准确。结果表明,基于模态试验数据和模型修正相结合的参数识别方法合理有效,可用于工程中印制电路板物理参数识别。

摘要:在人群荷载激励作用下,大跨钢楼盖极易产生影响正常使用的振动。采用两种不同的人群荷载模型,考虑不同人员密度、不同步行频率情况,计算分析了某火车站高架候车大厅大跨度钢结构楼盖在人群步行荷载激励下的振动情况并进行了振动控制。计算结果表明在楼盖指定钢梁跨中安置TMD 粘滞流体阻尼器消能减振装置后,有效地削减了该楼盖的振动响应。采用人群全部同步模型时,所有工况下平均减振率为16.86％,在共振工况下减振率达38％以上;采用步频服从正态分布模型时,不同人群密度条件下减振率在15.50％～15.80％之间,验证了步频服从正态分布模型具有一定的准确性,为实际工程设计提供了理论依据。