摘要:直线超声电机作为一种新型作动器，以其独特的结构和驱动原理，在高新技术领域有着广泛的应用。首先，回顾了电机结构设计方面的研究进展，提出了电机的设计理论和方法，阐述了电机结构形式的演化和夹持结构的设计方法；其次，介绍了有关电机理论模型的研究进展，提出了定子机电耦合模型、摩擦接触模型和定/动子冲击模型等；最后，报道了直线超声电机在高精度运动平台、细胞显微操作、微夹持器和绝对重力仪方面的最新应用。

摘要:针对结构健康监测中应用的无线节点结构穿透能力差的问题，提出了一种面向航空结构的具有穿透能力的433 MHz无线节点的设计方法。给出了节点的详细硬件设计及通讯协议设计方法，实验对比了所设计节点和常规应变测试系统的应变测试结果，验证了节点设计方法的正确性。在封闭飞机机翼盒段内部布置节点，实验对比了所设计节点和基于2.4 GHz的Telosb节点的通信丢包率。结果表明，所设计节点的结构穿透能力强于Telosb节点。功耗测试结果也表明,所设计节点的功耗小于Telosb节点。

摘要:考虑曳引绳刚度在电梯运行过程中具有变刚度的特性，利用Lagrange方程对电梯系统建立了7自由度的振动微分方程，通过试验设计方法得出随机变量与系统频率响应的数值关系，利用人工神经网络技术获得随机变量与频率响应之间的显性函数关系式。根据激振频率与固有频率之比不超过规定值的关系准则，定义了电梯系统纵向振动的可靠性模式，运用频率可靠性分析方法，提出多频激励情况下的系统的频率可靠性及其敏感度的分析方法。在此基础上，结合可靠性敏感度理论与稳健设计方法，将可靠性敏感度融入到目标优化设计中，建立系统频率可靠性鲁棒设计模型。通过工程算例，将可靠性敏感度理论和稳健设计方法应用到电梯系统设计当中，得到满足鲁棒设计要求的随机参数值。结果表明，该方法具有较高的计算效率和求解精度，可以作为电梯系统稳健设计的理论依据。

摘要:针对机械设备中广泛存在的各种梁结构常因振动等原因与外界发生碰撞而不能及时准确检测出碰撞位置的问题，提出了一种梁结构碰撞故障位置的定量诊断方法。基于谐波平衡理论推导出碰撞梁响应信号中高次谐波成分之间的对比关系，根据无故障系统和故障系统信号的响应之差，提取某一高阶谐波分量，结合梁结构系统的有限元模型来诊断碰撞故障的具体位置。对悬臂梁和复杂梁结构的数值仿真和实验结果显示，该诊断方法能够准确判断梁结构的碰撞故障位置。通过改变未知参数的实验表明，该方法具有较好的稳健性，不需要大量的先验数据，仅用两个测点的响应数据就可以诊断出故障的准确位置，简单又便于实现在线诊断。

摘要:采用虚拟仿真及物理试验相结合的方法对飞机起落架收放系统性能进行研究。基于收放系统工作原理，推导了动力学数学模型，建立了结合起落架动力学和液压系统的多学科协同仿真模型，通过试验结果对虚拟样机模型进行验证。基于虚拟模型和试验平台对液压系统阻尼特性进行了分析,结果表明,联合仿真模型的压力曲线与试验实测数据吻合良好，为起落架收放系统提供了准确的设计方法。仿真及试验表明，阻尼孔径的缩小使压力变化缓慢同时振荡较严重，液压缸作动滞后较为明显。

摘要:提出一种快速自适应经验模态分解（fast and adaptive empirical mode decomposition ,简称FAEMD），其算法结构和本征模态函数的特点与经验模态分解（empirical mode decomposition, 简称EMD）类似。采用顺序统计滤波器代替三次样条来拟合曲线，简易的终止准则使耗机时间大幅减小。该方法可以快速、有效、准确地分解信号，能够避免终止准则和端点效应问题，改善模态混叠和耗时问题。在滚动轴承故障诊断的应用中，效果表现良好。

摘要:结合传统阶比分析和峭度图算法的优势，利用计算阶比跟踪方法将时域非平稳信号转换为角域平稳信号，并利用峭度指标准确表征滚动轴承振动信号中的故障瞬态冲击大小，提出了阶比峭度图算法。仿真故障信号及实测滚动轴承外圈故障信号分析结果表明，阶比峭度图算法能够有效识别阶比域内的最优包络解调频带参数，显著提高了变转速工况下滚动轴承故障特征提取的准确性。

摘要:基于结构疲劳寿命频域分析法中的Bendat法和Dirlik法，通过理论推导分析证明并建立了随机振动疲劳试验中激励谱量级、响应应力水平和疲劳寿命之间的线性关系式。基于有限元仿真的分析结果，提出了一种利用此等效关系进行加速试验激励谱量级确定的方法。算例表明，该加速方法可缩短试验时间，为改进设计和提高质量等工作提供参考依据。

摘要:针对动车组转向架轴承，根据轴承故障产生机理建立了轴承故障动力学工程模型。模型充分考虑了车轴弯曲刚度、轴承间隙及滚动体和滚道间的非线性接触力等因素，并包含内圈、外圈以及滚动体故障轴承动力学模型，使用龙格库塔数值积分方法进行了动力学仿真分析。针对实际轴承搭建实验台，对不同故障类型及不同程度故障进行了实际测试。仿真分析与实验结果吻合度较高，最大误差不超过5%，证明了该动力学模型的有效性。

摘要:针对大悬伸状态下加工水室封头产生的重型铣削振动，以重型铣削水室封头现场加工实验为基础，分析重型铣削振动产生的原因，并根据现场实验对工件已加工表面形貌进行对比分析。建立重型铣削刀具偏心跳动模型、刀具与主轴系统的轻微变形模型和进给系统刚度的模型，分析其对重型铣削瞬时切削厚度的影响，同时建立重型铣削力数学模型和铣削轨迹模型。分析重型铣削系统振动影响因素及规律，振动模型预测结果与实验结果吻合较好。该工作为进一步研究重型铣削振动特性提供依据。

摘要:以水击方程为基础，借鉴电路的阻抗分析方法，研究连续波动在管道中的传递特性。分析了外接管道对波动传递的影响，设计了用于滤除管道内特定频率波动的滤波器，推导出管道长度和滤波器尺寸与波动传递之间关系。通过实际应用发现，以阻抗理论为基础设计的滤波器能够很好地抑制泵压波动，提高试压过程的准确性和-效率.

摘要:针对摩擦提升机主轴系统故障耦合、特征微弱且故障样本不易获得的问题，提出一种基于复杂网络聚类的故障诊断方法。该方法从故障数据表现出社团结构的本质出发，以各数据样本为节点，样本间相似度为有权边，构建加权无向复杂网络模型。将欧氏空间的距离概念推广到样本的相似性度量上提出广义Ward距离，并以此为划分准则，采用凝聚型合并过程实现网络模型中社团的聚类，即故障样本的模式识别。对主轴系统过载、滚动轴承元件故障及减速器齿轮磨损的分析结果表明，该方法能准确对已知故障类型数据进行聚类，且在过程中不预设类别数，为收集异常数据以便未知故障的发现与诊断提供了数据支持。与多元支持向量机与快速Newman算法的对比结果表明，该方法具有更高的识别精度与效率。

摘要:针对火电机组热力参数动态数据的海量、高维特点，提出了一种基于动态数据挖掘的热力参数传感器故障诊断新方法。该方法通过对热力参数信号进行经验模态分解，获得一系列平稳的本征模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)分量和一个趋势余量，实现传感器故障特征信息的动态挖掘。以各IMF分量和趋势余量的方差作为特征向量构建欧氏距离判别函数，结合径向基函数神经网络确认传感器是否发生故障。根据专家经验得到的规则分析传感器测量值与理论值之间的差值，判别传感器的故障类型。以某电厂600MW火电机组实时运行数据为基础进行仿真实验，结果表明：该方法能够仅使用热力参数传感器正常状态下的样本，有效区分传感器故障造成的信号变化与机组本身正常负荷波动造成的信号变化，实现快速准确地对热力参数传感器的工作状态和故障类型进行判别。

摘要:针对滚动轴承早期故障阶段存在特征信号微弱、故障识别相对困难的问题，提出了融合改进变分模态分解和奇异值差分谱的诊断方法。原始信号经改进变分模态分解方法处理后，被分解为若干本征模态函数分量，利用包络谱稀疏度指标筛选出最佳分量构造Hankel矩阵并进行奇异值分解，求取奇异值差分谱后，根据差分谱中的突变点重构信号，最终通过分析信号的包络谱可判断轴承的故障类型。利用改进变分模态分解融合奇异值差分谱的方法对轴承故障模拟及实测信号进行分析，均成功提取出微弱特征信息，能够实现滚动轴承早期故障的有效判别，具有一定的可靠性和应用价值。

摘要:针对磁悬浮飞轮抱式锁紧机构用一体式碳纤维弹片，提出了一种新型优化方法。通过将碳纤维弹片等效为悬臂梁模型，对其进行静力学和动力学分析，得到其最大过盈摩擦力、锁紧力、解锁力、最大弯曲应力和一阶共振频率。基于有限元法，对弹片进行灵敏度分析，得到弹片上端和下端两组互不相关的结构参数，并分别对两组结构参数进行优化设计。优化结果表明，当弹片个数为12时，质量达到最小60.5 g，比最初170 g减少了64%。根据优化结果研制了一套锁紧机构，利用三轴正弦扫频振动和随机振动试验，检验锁紧机构对磁悬浮飞轮系统的保护效果。结果显示，振动试验中定、转子间最大相对振动位移为50 μm，远小于磁悬浮飞轮保护间隙200 μm，表明锁紧机构能够对飞轮系统实施有效保护。

摘要:以某型航空发动机压气机转子系统为研究对象，建立了单级叶盘的三维结构及流场模型。通过对滑移网格(sliding mesh,简称SM)方法与运动坐标系(moving reference frame,简称MRF)方法在计算耗时和收敛性方面的比较，证明了运动坐标系方法的准确性和高效性。考虑前一级静叶尾迹的影响，求解压气机内部在不同时刻的流动特性，得到静叶尾迹对动叶流场的非定常干扰情况。经过对压气机叶顶和轮毂、动叶压力面和吸力面非定常气动载荷的分析发现：在动叶流场的前缘形成了较主流区压力和速度较低的不均匀流场，且在动叶前缘叶顶位置受到的气动载荷最为显著；动叶压力面和吸力面气动载荷的分布规律相反，从叶顶至轮毂、前缘至尾缘，压力面非定常气动载荷的大小和波动幅度逐步递减，而吸力面却与其相反，呈现出逐步递增的趋势。该研究为某型航空发动机压气机叶盘转子系统的动力学设计提供了理论依据。

摘要:针对欠定情况下传统盲源分离(blind source separation, 简称BSS)算法无法有效识别结构模态参数的问题，研究了一种不受传感器数量限制的BSS算法。算法主要分为振型矩阵估计与单模态信号分离两步。首先，利用各阶模态响应信号在时频域中的聚类特性估计结构的模态振型；然后，在已知振型矩阵的基础上，通过L-1范数最小化算法分离出多个单模态信号；最后，利用单模态参数识别方法提取各阶模态的频率与阻尼比。经仿真与实验验证，本研究方法可以准确识别出结构的各阶模态参数，同时对测量噪声不敏感，具有很好的噪声鲁棒性，在工程实践中具有一定的应用价值。

摘要:针对传统起停车过程分析采用短时傅里叶变换提取瞬时幅值和相位会损失瞬变信息的不足，提出了基于分数阶全息原理的转子起停车故障特征提取方法。该方法利用分数阶傅里叶变换从转子起停车振动数据中提取随转速变化的各倍频分量，并通过Hilbert变换求取幅值和相位，克服了傅里叶变换的平均效应，保留了转子振动的瞬变信息。通过结合全息谱理论绘制分数阶全息瀑布图，提取出转子起停车状态下的故障特征。实验结果表明，该方法能够有效提取出起停车过程中振动信号的典型故障特征，对于常见的典型故障有很好的区分能力。

摘要:研究列车车轮失圆的检测与诊断问题，采用基于改进的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform, 简称HHT）的处理方法，首先，针对HHT方法固有的模态混叠现象，提出一种形态滤波-能量原则算法；然后，建立车辆轨道耦合动力学模型和典型的车轮故障模型，计算轴箱垂向振动的动态响应；最后，运用改进的HHT分析方法提取正常车轮、多边形化车轮和擦伤车轮引起的轴箱垂向振动的特征。研究结果表明，正常车轮与故障车轮之间以及不同类型故障的车轮之间Hilbert谱差异显著，可见该方法能够有效诊断车轮失圆故障。

摘要:为了研究采用动力包作为动力源的出口内燃动车的平稳性以及解决动力包与车体安装位置区域存在局部振动过大的问题，采用实验与仿真相结合的方法,得到了内燃动车的平稳性指标,分析了动力包安装位置处的车体局部大刚度和地板隔振器刚度的合理取值对局部振动的影响规律。结果表明：内燃动车的平稳性指标为优级,车体与动力包之间没有耦合振动；车体局部加大刚度对减小车体平稳性指标测点的横向振动有利，平稳性指标测点的垂向振动略有增加；车体地板铺设隔振器能显著减小车体的局部垂向和侧向振动。该研究结果可为实际工程应用提供参考。

摘要:针对飞机液压泵故障难以准确预测的技术难题，提出了基于模糊综合评判和层次分析法的飞机液压泵故障预测方法。根据液压泵的工作机理及形成机制，分析液压泵在运行过程中的几种常见故障形式，得到液压泵常见故障模式和故障因素集，采用层次分析法计算故障预测中的各项权重，运用模糊综合评判法对液压泵的故障进行预测。以某型飞机液压泵为具体研究对象，对提出的方法进行试验验证。结果表明，该方法能够实现飞机液压泵故障预测的效能，对其他航空设备的故障预测也具有良好的应用前景。

摘要:由于应用无线通信技术对旋转机械进行状态监测时，无线设备安装在转轴上随轴高速旋转，无线设备之间的相对位置发生变化，因此会产生多普勒效应，影响无线通信。针对这一问题，首先，提出了两种无线设备安装方式；然后，建立了旋转运动中无线设备的多普勒频移理论模型，并分析了影响无线通信的因素；最后，对水润滑轴承水膜压力进行无线监测试验，引入误码率和丢包率研究了其与轴转速之间的关系，并对多普勒频移理论模型进行验证。理论与试验分析结果表明：多普勒频移与无线设备摆动圆直径、轴转速以及电磁波入射角密切相关，尤以转速影响为甚；在433 MHz通信频率下，无线监测方法不能很好地用于转速接近或超过10kr/min的旋转机械；转速对丢包率的影响大于误码率，丢包率为误码率的2~3倍。

摘要:为了探索光纤光栅传感技术在深海立管振动测试中的适用性，采用光纤光栅应变传感器，在大型波流耦合试验水池中进行了阶段流作用下大长细比深海立管的涡激振动测试。试验立管模型长为6.2 m，长细比为310，模型材料采用铜管，立管上部1.2 m处于均匀稳定的流场中，下部5.0 m处于静水之中。沿立管长度四面对称布置48个光栅测点，通过改变外流流速、内流流速和初始顶张力等影响因素，采集应变数据并结合模态分析理论，分析了不同工况下立管的振动频率、幅值及模态等振动特性，研究了阶段流作用下立管的涡激振动规律。结果表明，光纤光栅传感技术能很好地满足大长细比深海立管的涡激振动测试要求，能准确体现立管的应变时程、振幅和频率等振动特性，清晰反映出在不同外流速下立管振动的多模态特征及每阶主导频率下的锁振区间。

摘要:旋转双臂的柔性结构在转动调姿时或外部扰动的影响下产生振动，将影响系统的稳定性和定位精度,减速器间隙非线性影响旋转双柔性梁结构的动态特性，加大了控制难度。研究了一种多变量非线性T-S模糊(nonlinear T-S fuzzy, 简称NTS)控制算法，利用模糊控制器的多变量解耦控制能力以及T-S模糊规则具有的分段控制特点快速抑制柔性结构小幅值振动。设计并建立了交流伺服电机通过行星减速器驱动转动的双柔性压电梁结构实验平台。利用压电传感器采集振动信号，压电驱动器和交流伺服电机驱动器抑制柔性结构振动，对该控制方法进行实验研究。实验结果表明，相对于比例加微分(proportional and derivative, 简称PD)控制算法，非线性T-S模糊控制算法对于系统的大幅值振动和小幅值振动都有较快速的振动抑制效果。

摘要:为准确计算和分析波形钢腹板连续箱梁桥的弯曲振动频率，首先，运用能量变分原理和Hamilton原理，推导出波形钢腹板简支箱梁桥弯曲振动频率的计算公式；然后，在简支箱梁桥频率计算公式的基础上，根据连续梁自由振动的三弯矩方程，得到任意等跨等截面波形钢腹板连续箱梁桥弯曲振动频率的计算公式，该公式的正确性得到已建实桥频率实测值和Ansys三维有限元计算值的验证；最后，对波形钢腹板连续箱梁桥弯曲振动频率的影响参数进行了分析。研究结果表明，波形钢腹板剪切效应对波形钢腹板连续箱梁桥弯曲振动频率的影响较大，而其余参数对该桥型弯曲振动频率的影响较小，在实际工程中为了计算的简便性，可以忽略这些因素的影响。研究结论可为同类型桥梁的设计提供参考。

摘要:为研究含黏弹性材料多层回转体结构在轴向振动作用下的层间转动特性，设计了多层回转体试验件，进行了黏弹性材料压缩力学性能研究，建立了考虑黏弹性材料非线性力学特性的结构动力学模型。基于模态试验考察了不同预紧力条件下结构的模态变化规律，在此基础上开展了随机振动环境下试验件层间转动特性试验，获得了确定的层间转动现象，并研究了不同振动量级及预紧力对层间转动的影响。基于随机振动试验获得了含黏弹性材料回转体预紧结构层间转动与否的预紧力、振动量级分界线。相关试验结果可为工程设计提供支持。

摘要:以滚动轴承动力学分析和滚道控制理论为基础，提出了应用Powell优化算法和Newton Raphson算法相结合的方式计算非线性方程组，给出了预紧力和转速的多列组合角接触球轴承组合刚度相应程序。对7016A5轴承DBD组合的研究结果表明：预紧力和转速与单个轴承和轴承的组合刚度及位移量呈现非线性关系。轴承的组合轴向刚度小于单个轴承的轴向刚度，其径向刚度大于单个轴承的径向刚度。为实现预定的轴承动态性能，单双侧轴承内圈的间隙量须大于两侧轴承位移量之和。

摘要:为提高低频超声透皮给药过程中药液渗透率的控制精度，通过有限元计算分析，设计了一款具有密封结构的超声换能器，用以改变低频超声透皮给药系统中的药液压强。基于Franz扩散池的皮肤透皮体外实验的研究（包括人造皮肤与大鼠离体皮肤），获得了密封系统对透皮渗透量变化的影响规律。实验结果表明，超声空化、促渗剂与压强都可以改变药液渗透率，其中超声可以通过空化效应破坏皮肤表层结构进而促进渗透，而压强与超声、促渗剂相互结合则可以起到提高给药渗透精度的作用。提出的密封式超声换能器可通过压强变化初步实现调节低频超声透皮给药精度的目的，为进一步设计可调压强的低频超声给药系统奠定应用基础。

摘要:针对超声电机直接驱动的显微镜物镜为满足系统整体结构紧凑、快速和准确定位的需求，采用小型光电耦合器设计了位置检测传感器，配合遮挡片实现了物镜位置和物镜转换器运动方向的检测。采用传统比例-积分-微分控制(proportion-integral-derivative control，简称PID)和模糊控制提出了并行切换控制策略，将两者结合建立了宏微相融合的预测控制方法，实现了物镜转换器的高精度、快速切换控制。在嵌入式控制系统中实现了所设计的控制算法和策略，并进行了物镜自动切换控制实验。实验结果显示，采用笔者提出的定位结构和控制方法，电动物镜转换器的重复定位误差小于0.015°，定位时间小于3 s，满足自动显微镜系统中对电动物镜转换器重复定位精度的要求。

摘要:为降低电光开光的插入损耗并提高性能，提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating，简称FBG）光开关，通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间，实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定，该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析，使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明，其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关，通过FBG开关性能检测系统实验，得到该光开关在波长为1 550 nm处的输出光谱，光开关的消光比达到25 dB。结果表明，该光开关能够实现大范围高精度滤波功能，具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。