摘要:超声纳米操控是由超声学、纳米技术与驱动技术的相互交叉而产生的一项新技术，在纳米测量与组装、纳米加工、生物医学样品处理、微/光电子器件的制造以及新材料合成等领域有着巨大的应用前景。基于笔者的研究团队在近3年中所取得的成果，介绍已实现的超声纳米操控功能及其工作原理、器件结构、特性与应用前景。这些操控功能包括纳米捕捉与移动、纳米旋转以及纳米聚集，将有效提升超声纳米操控技术的应用水平。

摘要:为研究变工况冲击对齿轮传动系统动特性影响，基于弹塑性接触理论，给出一种可以考虑变工况冲击、啮入冲击、节点冲击的齿轮接触碰撞力参数预估算法，并结合多体动力学软件建立柔性齿轮传动系统动力学模型。该模型和算法可用于大接触变形和承受频繁冲击齿轮传动系统稳态和瞬态动特性分析。研究表明：与啮入冲击导致的稳态动态啮合力相比，变工况冲击引起的瞬态动态啮合力具有幅值大、冲击时间短等特点；在不同工况下，啮入冲击会引起不同周期的齿轮动态啮合力波动；滑动摩擦系数对齿轮切向摩擦力的节点冲击影响更大。研究结果对齿轮的接触碰撞力参数预估及全面认识齿轮传动系统瞬态动特性等研究具有积极的意义。

摘要:由于动力总成的不同，电动车与传统车的振动噪声源也有较大差异。笔者对某电动车动力总成的振动噪声特性进行了试验研究。利用频谱分析、阶次分析等方法来识别动力总成的主要振动噪声源，分析加速和稳态工况下各激励源对动力总成振动噪声的贡献量。基于心理声学客观评价参数，分析了电动车动力总成声品质特性。研究结果为电动车动力总成振动噪声的优化设计提供了试验支持，并表明了进一步研究电动车声品质的必要性。

摘要:被动悬架通过减振器将车辆振动能量转化为热能散发到空气中以达到车辆减振的目的，而馈能式悬架正是要将这一部分能量回收利用，因此减振器耗散能量的估算对预测馈能式悬架的能量回收潜力具有重要意义。通过建立二自由度悬架模型对悬架动位移、动速度以及可回收能量进行了仿真计算，并通过实车道路试验验证了仿真模型及计算方法的正确性，同时对影响可回收能量大小的各个因素进行了分析，明确了轮胎刚度、路面等级、车速是影响可回收能量的关键因素。通过对可回收能量数值的分析得出，馈能式悬架更适合应用在重载车辆之上，并且可回收能量数量十分可观。

摘要:永磁同步电机6i阶i∈N转矩波动是电机总成与电动车车身阶次振动的主要振源。提出了一种考虑定子开槽与高次谐波的永磁同步电机解析计算模型，建模过程基于瞬态气隙磁场分布的计算。当不考虑电流谐波时，电磁转矩具有6i阶i∈N转矩波动特性。最后，通过有限元计算验证了该解析计算结果。文中解析模型揭示了电动车用永磁同步电机转矩波动非线性的形成机理。

摘要:针对滚动轴承故障损伤程度难以确定的问题，提出对滚动轴承不同故障位置、不同损伤程度的振动信号进行故障特征提取及智能分类的故障诊断方法。首先，对各状态振动信号进行α稳定分布四参数估计，选取敏感性及稳定性最好的二种参数组成二维故障特征量；然后，输入到经过粒子群优化算法(particle swarm optimization，简称PSO)进行参数优化后的最小二乘支持矢量机(least squares support vectors machine，简称LSSVM)中进行故障[JP2]诊断；最后，通过台架试验数据验证了该方法的有效性，并与未经过PSO参数优化的LSSVM、支持向量机(support vectors machine，简称SVM)方法的诊断结果进行比较。结果表明：该方法可实现滚动轴承故障位置及损伤程度的智能诊断，比未经PSO参数优化的LSSVM、SVM方法具有更优的泛化性，更短的训练、测试时间，可应用于实际工程。

摘要:依据能量原理，选取系杆拱桥横向基频振型为正弦波，计算了系杆拱体系的横向振动应变能以及动能；利用Rayleigh法，得到了系杆拱横向振动的基频计算公式，基频公式物理概念明确，与有限元法相比具有计算简便、精度高等优点；根据平衡原理推导出吊杆“非保向力效应”矩阵，采用自编程序计算了吊杆“非保向力效应”对系杆拱自振特性的影响。结果表明：吊杆“非保向力效应”对系杆拱桥的低阶横向自振频率有较大影响，吊杆的“非保向力效应”可提高系杆拱桥的横向振动基频，对系杆拱的抗震设计具有参考价值。

摘要:为了提高超声导波的检测灵敏度，提出了一种基于杜芬方程Lyapunov指数特性的超声导波识别方法，该方法利用了杜芬方程对系统参数的敏感性及其对噪声信号的免疫特性。首先，分析了杜芬方程检测导波信号的数学原理；其次，讨论了如何设定检测系统参数，给出了可用于检测导波信号的杜芬系统；最后，通过分析比较噪声和导波信号对Lyapunov指数的不同影响，证明了该方法识别强噪声下弱超声导波的有效性。数值算例表明，通过合理设置杜芬方程参数使系统处于混沌状态，当输入导波信号和混有噪声的导波信号时，系统由混沌状态转变为极限环运动，利用杜芬系统状态改变可实现对强噪声下弱超声导波的识别，该方法可有效延长超声导波的检测范围和提高检测小缺陷的灵敏度。

摘要:圆弧形管路中的液体在压电元件的作用下产生流动，受到离心力和哥氏力的作用。利用上述现象提出了圆弧形流管无阀压电泵，通过压电元件的逆压电效应使泵腔容积产生周期性变化，利用地球自转对流管中流体的影响，使流体顺时针和逆时针两种流动状态的流阻不同，形成流体宏观单向流动。对原理样机进行的压差试验表明：驱动电压保持为130 V不变，当驱动频率为14 Hz时，压差达到最大值为17 mm水柱；当驱动频率为30 Hz时，压差降至3 mm水柱。压差的产生源于地球自转的哥氏力，流量或压差的大小能够反映泵结构整体的旋转速度，可望通过地球转速的测量，获得本地地理位置信息，形成导航新原理。

摘要:为了探讨无传感器故障诊断方法在风力发电机传动系统故障中的感应机理，在SIMULINK环境下，建立了一个双馈风力发电机仿真模型，对风力发电机传动系统故障在发电机定子电流中的响应过程进行理论分析。研制专用的风力发电机组模拟试验台，进行传动系统的断齿故障模拟试验与验证。利用Hilbert变换的幅值和频率解调方法，分析仿真及模拟试验结果，表明定子电流主要反映传动系统的扭矩或速度波动特征，将其用于风力发电机传动系统齿轮断齿类故障的监测与诊断是可行的。

摘要:输电塔挂线和不挂线情况下的气动阻尼比是精确进行其风振响应评估的重要参数。基于完全气弹模型风洞试验测试得到的位移与加速度响应时程，结合使用经验模态分解法（empirical mode decomposition, 简称EMD）、小波分析和随机减量方法（random decrement technology, 简称 RDT）以及Hilbert变换识别了输电塔在挂线和不挂线情况下各阶振型结构阻尼比和气动阻尼比，分析输电塔在挂线和不挂线情况下结构阻尼比和气动阻尼比的变化规律。结果显示，输电塔挂线时的结构阻尼比比不挂线情况要大；输电塔的气动阻尼比随各阶振型频率的增加而减小，随着风速的增加而增加。最后，采用最小二乘法拟合得到了在试验风速条件下气动阻尼比的经验公式。

摘要:针对机械故障的特征提取问题，提出一种基于多小波系数的机械故障特征提取方法。首先，对不同工况的机械振动信号进行多小波分解；其次，利用分解后各层多小波系数的统计特征包括最大值、最小值、均值和标准差作为该工况振动信号的特征向量；最后，利用支持向量机的方法对机械故障进行识别。对滚动轴承正常状况与内圈故障、滚动体故障、外圈故障3种故障及多种损伤程度的实测振动信号进行故障识别试验，试验结果表明，该方法用于机故障诊断可以获得较高的识别率，识别效果要优于基于单小波系数统计特征的识别方法，具有一定的工程应用价值。

摘要:为探讨材料力学性能无损测试的新方法，分析研究了连续球压痕试验测试材料力学性能的原理，并以压力容器用钢15CrMoR,Q245R,Q345R等3种钢板为研究对象，采用连续球压痕试验与常规拉伸试验相比较的方法，测试了屈服强度、抗拉强度等力学性能，深入开展了连续球压痕试验与常规拉伸试验所测试力学性能的比对分析工作。比对结果表明了连续球压痕试验在测试压力容器用钢力学性能方面的可行性、可靠性与准确性,证明连续球压痕试验法可以应用于工程中部分材料力学性能的无损检测。

摘要:建立了Stewart隔冲平台的运动微分方程，分析了隔冲平台3个方向的动态刚度特性，讨论了刚度大小对平台抗冲击性能的影响，对隔冲平台进行了落锤式冲击试验，并与仿真结果进行了对比。研究结果表明：被动式Stewart隔冲平台的三向动态刚度近似呈线性；隔冲平台的横向冲击隔离率大于纵向冲击隔离率，纵向冲击隔离率大于垂向冲击隔离率；试验所得的冲击隔离率达到86.39%以上。研究成果可为Stewart隔冲平台在船舶设备抗冲击中的实际应用提供理论和试验依据。

摘要:首先,利用MATLAB求解考虑路面不平度影响的车辆振动微分方程;然后,利用文克尔弹性地基梁模型模拟路面土体，建立车辆及所在地面的振动计算模型;最后,借助动力机械振动沿地面传播的衰减公式提出车辆通行引起构筑物基础加速度的计算公式，最终建立车辆引起地面振动衰减的计算方法，并用实测数据进行了验证，用算例对该方法的应用进行了说明。该方法物理意义明确，原理清晰，实用合理，简单方便，只要输入车辆和道路的基本信息利用MATLAB程序求解即可。

摘要:为有效进行模拟电路故障特征的降维处理，在线性判别分析中通过引入局部化思想提出一种局部线性判别分析降维方法。首先，构造单个数据的局部数据块，计算其类内、类间散度矩阵，通过缩放因子平衡局部邻域类内紧性和类间散性之差建立单个数据的局部优化准则;然后，在整个数据空间中采用对齐算法重构最终目标函数，最后使用标准特征值分解方法求得投影矩阵完成数据降维。算法充分利用数据的局部判别信息使其能够处理数据的非线性并保持数据的类区分度，而且克服了线性判别分析中的小样本问题。算法在标准数据集和模拟电路故障特征提取中进行实验均取得了较好的效果。

摘要:针对经验模式分解(empirical mode decomposition, 简称EMD)的端点效应提出一种新的抑制方法。考虑到极值序列在EMD分解的包络线形成中占有主导地位，将信号局部极值序列进行符号化，根据符号特征进行特征匹配，在信号两端依据符号序列特征匹配结果进行符号序列拓延与对应信号还原，对拓延还原后的信号进行EMD分解以实现端点效应抑制。所提方法对于随机信号与周期信号都有着明显的抑制效果，通过对仿真信号和轴承故障信号端点效应的分析验证了方法的正确性。研究与ARMA模型、BP神经网络、镜像拓延等常见方法进行了对比，所提方法的各分量有效值指标均值为19.64%，低于其他方法，说明对低频分量有着更好的抑制效果。

摘要:针对某型主泵屏蔽电机在厂内试验中出现的异常振动问题进行了试验分析研究。首先，采用加速度计对屏蔽电机在变速过程中的振动进行了测试，获得了信号特征及其频谱成分；其次，采用锤击法对电机定子和转子的振动特性进行了模态测试，并利用小波对测试信号进行“去噪”处理，获得定、转子准确的频谱曲线。结果表明，半速涡动频率与定子系统固有频率耦合引发共振是造成电机振动异常的主要原因，多数情况下，这种耦合是发生在转子系统上。在此基础上，提出了增加试验临时支撑固定电机的假泵壳的质量，使定子系统固有频率降低，并调整轴承间隙来降低半速涡动的激振力幅值，起到了很好的消振效果。

摘要:现有的插值FFT一般仅利用谱峰附近最高/次高谱线对。为了降低估计方差, 首先,利用谱峰附近4条谱线给出３个估计式;然后,对其加权平均。 给出了使方差最小的优化权系数, 以及优化后的方差。理论分析表明:新方法的方差小于Quinn方法;在整周期采样的情形下, 新方法方差只有Quinn方法的4/9。采用仿真算例对新方法进行了考核，结果表明:在高信噪比(SNR,50　dB)且非整周期采样条件下, 模拟方差与理论解一致;就所模拟的范围(SNR低至0　dB),模拟方差超过理论解最大仅有25%。

摘要:为了研究福州地铁振源系统加速度，进而可以直观准确地分析土层传播规律和衰减特性，笔者建立了车轨垂向耦合振动模型，应用了福州地铁列车和轨道参数，计算了在一定车速下，振源系统各部的垂向加速度，并分析了车速的影响。结果表明，车体振动反映了自身的自振频率；转向架、轮对、支承块和道床有一定的主频集中区，且轮对和支承块在高频区还分别存在一个高频赫兹接触运动引起的第二主频。振源系统的轨道扣件和块下橡胶垫具有较好的减振能力，随着车速的增加，垂向加速度逐渐增大，同时减振效果趋于稳定。

摘要:应变模态差对结构微小损伤具有很高的敏感性且对结构损伤处具有较高的定位识别率，故在工程实际中可以利用其对管道进行损伤识别。然而，应变模态差只能定性地反映结构的损伤程度，并不能直接量化损伤结构的损伤程度，故采用神经网络和应变模态差相结合的方法对损伤管道进行损伤位置和损伤程度的识别。利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析提取管道的应变模态参数,并把管道损伤前后的应变模态差作为神经网络的输入参数，以损伤位置和损伤程度作为神经网络的输出参数，对损伤管道分别进行单损伤和双损伤的损伤定位和程度识别。研究结果表明,利用应变模态差和神经网络相结合的方法能够准确识别出管道的损伤位置以及损伤程度。

摘要:利用高速相机记录液压旋冲钻进中钎杆不同冲击压力、旋转压力和推进力情况下的作业过程，同时采用数字图像处理技术，绘制钎杆在旋冲钻进过程中的冲击振动、扭转振动以及试验台架在冲击过程中的受迫振动的曲线，得到钎杆冲击频率和扭振频率、钎杆及试验台架的振幅及其相关性等重要数据。试验结果同传统电测结果基本一致，但与传统传感器测量比较，高速图像采集分析技术是一种无接触、全局化、适用范围广、自动化程度高，精度满足试验要求的量测手段，能够更直观充分地描述旋冲钻进中钎杆振动变化过程。

摘要:建立了一个多跨转子 轴承系统试验台，并进行了具有联轴器不对中故障的转子 轴承系统动力学试验，重点分析了平行不对中和交角不对中转子的动力学特性和振动机理。试验结果表明，在不对中转子系统的稳态响应中，除了工频外还存在倍频振动分量，并且随着转速的提高倍频分量增大。在转速较低时，不对中转子的轴心运动具有同步振动特征；随着转速的增加，轴心轨迹呈现出“8”字形或多环椭圆形，且轴心轨迹在某些位置处曲率变化较大。对于具有平行不对中故障的转子 轴承系统，在转速较高时，还会出现和差型谐波振动分量。

摘要:以上海市某地铁线路邻近的六层砌体结构居民建筑为例，通过现场实测，分析了地铁诱发的三向环境振动对室内舒适度的影响程度及主要影响因素；分别在更换了高弹性扣件和降低了列车行驶速度之后，再次对三个正交方向的室内舒适度进行了实测。结果表明：a.地铁环境振动主要引起室内楼板的竖向振动，其振级与楼板竖向自振频率直接相关，且沿楼层往上逐层减小，顶层楼面相对于首层可减小约5 dB；b.楼板的水平向振动主要受整体结构高阶振型的影响，在某些特定楼层可能出现舒适度超标；c.更换高弹性扣件能明显减小室内楼板的竖向振级，在峰值处可减小约10 dB，但也明显放大了其纵向振级，对横向振动的控制效果不明显；d.降低列车行驶速度对三个正交方向的室内舒适度均具有明显的提升效果，竖向振级在峰值处减小约8 dB，横向和纵向振级最大减小约30 dB，可用于某些环境振动敏感区域进行振动控制。

摘要:针对武器装备故障预测的难点，在灰色GM(1，1)模型和线性回归模型的基础上结合有效度原理建立新的组合模型，该模型是两种模型的拟合。通过对等时距测量的原始数据进行模拟和预测，来估计系统何时达到故障数据的上限，依此来推断系统的故障时间，同时引入新陈代谢法来提高此种方法的预测精度。最后以某型雷达发射机的输出电压数据为例，验证此种模型在故障预测中的有效性和实用性。

摘要:轴承故障声发射信号具有高频率、宽频带、多频率成分组成特性。针对轴承故障声发射信号的多频带共振解调问题，基于故障先验知识确定滤波带宽，利用窄带解调Protrugram算法迭代搜索多个可解调中心频率，在对应的多个窄带范围内实现故障频率的解调识别。仿真和实验信号处理结果表明，窄带包络解调方法能够找到多个可用解调窄带，对应解调包络谱中均可清楚地识别故障频率，且包络谱具有故障频率谱线清晰，倍频成分衰减明显的特点。

摘要:防水型收发一体超声波测距换能器所需驱动功率大，激励源去除后产生的无源自振导致了较大的测距盲区，高达30 cm，限制了工程应用范围，对此提出了一种可显著减弱无源自振的方法。首先，建立换能器等效电路模型，分析了无源自振产生机理，在此基础上设计出以场效应管为核心的无源自振抑制换能器驱动电路；然后，由于设计的无源自振抑制电路回波信号较弱，进而设计背景噪声阻断电路与脉冲信号叠加电路以增加回波灵敏度，并通过检测脉冲信号叠加电路输出曲线的上拐点准确估计回波时间点。试验研究表明，该方法显著地抑制了无源自振，并可将测距盲区限制在16 cm附近。该项研究扩大了超声波测距的工程应用范围，具有较大的应用价值。

摘要:动车组齿轮箱结构复杂，且在实际运行中可能受到很多外界因素的激扰，难以建立合适的动力学模型。介绍了一种检测高速动车组齿轮箱故障的时间序列算法，该方法基于数据驱动，不需要建立动力学模型，适合在线故障预报。无线微机电传感器从齿轮箱测得加速度信号并建立时间序列模型，利用模型的自回归参数定义故障敏感参数(fault sensitive parameters，简称FSP)。在有故障和无故障两种状态下，FSP均值完全不同。通过比较FSP均值，然后用假设检验中的t检验判定是否存在故障。实践证明，所提出的方法能较好地在线识别高速动车组齿轮箱早期故障，具有重要的应用意义。

摘要:高速列车运行状态正常与否对列车系统的安全性和舒适度有重要影响，为分析高速列车运行状态，根据高速列车振动加速度信号的特点，提出了分割能量熵和奇异熵的故障诊断方法。首先，分析列车振动信号随速度变化的特点，对不同速度下的信号进行不同频率范围的分析；其次，对分析范围内信号分割成N个区间，计算分割能量熵和奇异熵，将分割能量熵特征和奇异熵组成特征向量；最后，利用支持向量机进行故障分类识别。实验数据仿真分析结果表明，车体中、后部横向加速度信号特征对四种典型工况在不同速度下分类识别率均较高，达到95%以上，说明该方法能有效识别出高速列车故障状态。

摘要:大行程和高精度是半导体加工、光波导封装等现代精密制造领域对作动器提出的新要求，在传统作动器中这两个特性往往相互矛盾从而难以同时具备。为获得满足这一要求的作动器，基于叠层压电堆器件的特点提出了一种新型步进压电直线电机的原理，详细分析了它的作动机理，该原理方案具有较大的作动行程和较高的步进分辨率，同时其输出推力与预压力成正比，有望获得较大的推力和自锁力。在原理分析的基础上，设计了电机的结构方案并加工了样机，讨论了该电机对装配的特殊要求并对样机的装配进行了验证试验，样机作动试验结果验证了该原理方案的可行性，并且在直流偏置50 V、峰峰值为100 V、频率10 Hz的正弦电压激励下，样机的平均速度达63.3 μm/s，这与理论计算的相对偏差为6.9%。