• 2018年第38卷第1期文章目次
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    • 复合材料结构损伤识别与健康监测展望

      2018, 38(1):1-10. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.01

      摘要 (1320) HTML (0) PDF 486.54 K (2404) 评论 (0) 收藏

      摘要:复合材料构件是航空发动机、飞机机翼、机身和风力发电机等结构的重要组成部分,在包括航空、机械和土木工程等领域有极其重要的应用,然而受到其内部结构复杂性和制造缺陷的影响,复合材料的服役性能一直是制约结构安全性和经济性的一大瓶颈,因此针对复合材料结构的损伤识别和健康监测是领域内的研究热点及难点。笔者在论述了目前国内外技术发展和应用的基础上,系统地比较了复合材料结构损伤识别和健康监测的关键技术,讨论了该类技术的发展方向并进行了总结和展望。

    • 基于VMD的故障特征信号提取方法

      2018, 38(1):11-19. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.02

      摘要 (1086) HTML (0) PDF 5.58 M (1955) 评论 (0) 收藏

      摘要:变模式分解(variational mode decomposition,简称VMD)能够将多分量信号一次性分解成多个单分量调幅调频信号(variational intrinsic mode function,简称VIMF),但对噪声比较敏感。利用VMD对噪声的敏感特性,提出了一种基于VMD的降噪方法。利用排列熵定量确定VMD分解后各分量的含噪程度,对高噪分量直接剔除,对低噪分量进行Savitzky-Golay平滑处理,然后重构信号。运用该方法降噪后,对重构信号进行变模式分解,能够有效提取故障特征信号。仿真和实例分析表明,基于VMD的降噪方法的降噪效果优于小波变换降噪方法,VMD能有效提取故障特征信号。

    • 基于扫频响应反推黏弹性材料分数阶导数模型

      2018, 38(1):20-26. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.03

      摘要 (1144) HTML (0) PDF 1.90 M (1066) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了基于测试获得的扫频响应反推黏弹性材料分数阶导数模型参数的方法。在同时考虑黏弹性材料阻尼和剩余等效黏性阻尼的基础上,建立了基础激励作用下黏弹性复合板动力学方程,给出了求解振动响应的方法。提出利用基于灵敏度的匹配计算实现分数阶导数模型参数辨识的方法。以贴敷ZN-1型黏弹性材料的悬臂钛板为例,辨识得到了该黏弹性材料的分数阶导数模型。将结果代入到黏弹性阻尼板振动响应分析模型中,通过理论与实验的对比,证明了辨识参数的合理性。

    • 基于时频图像极坐标增强的柴油机故障诊断

      2018, 38(1):27-33. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.04

      摘要 (599) HTML (0) PDF 3.48 M (994) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对柴油机不同部位的机械故障特征容易混淆且呈现非平稳循环特征的特点,提出了一种基于时频图像极坐标增强的柴油机故障诊断方法。将振动信号Gabor变换的时频特征通过等角度采样映射为极坐标图上某一区域的显著增强的特征,实现了周期瞬态特征的增强。提取不同技术状态振动信号6个工作循环内的极坐标图上区域能量特征作为故障特征参数,输入支持向量机进行分类训练和模式识别。试验结果表明,针对柴油机的5种典型故障,该方法能显著增强故障特征,有效提取故障特征信息,准确识别出不同类型的磨损故障。

    • 电磁滑环式在线动平衡系统特性分析与实验

      2018, 38(1):34-38. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.05

      摘要 (572) HTML (0) PDF 2.22 M (888) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了测试一种电磁滑环式在线动平衡装置的平衡特性,搭建了实验平台,采用影响系数法进行在线动平衡实验研究。主要从实验平台本身的振动特性、主轴转速对平衡效果的影响以及试加配重的角度对平衡效果的影响3个方面进行了分析研究,得到了实验平台和主轴转速对在线动平衡系统的影响,以及试加配重位置的选择方式,为高速主轴双面动平衡和模态分析的研究打下基础。

    • 基于S变换的时域边际谱及其应用

      2018, 38(1):39-44. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.06

      摘要 (633) HTML (0) PDF 4.03 M (1323) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了更好地处理非平稳、非线性振动信号,依据Hilbert-Huang变换边际谱的思想,提出一种基于S变换的时域边际谱,并给出了利用该时域边际谱进行频谱分析的具体方法。对仿真信号的处理结果说明,该方法对振动信号中的冲击能量比较敏感,能够很好地提取冲击的特征频率,同时具有抑制信号高频成分和突出信号低频成分的特点。利用该方法对实际的振动信号进行处理,对滚动轴承故障的成功识别说明该方法能够提取微弱冲击特征频率,体现了其在振动信号频谱分析中的价值。

    • 基于混合子结构法的输电导线风雨激振气动特性

      2018, 38(1):45-50. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.07

      摘要 (450) HTML (0) PDF 3.98 M (940) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究输电导线风雨激振的诱发机理,基于混合子结构方法对输电导线风雨激振非定常气动力进行了针对性的研究。首先,分别构建结构子结构(输电导线和上雨线)和流体动力计算(computational fluid dynamics,简称CFD)数值流场子结构;其次,利用自制的风洞模拟实验台及相关测试系统,获取结构子结构的振动响应(频率,振幅);最后,将测得振动响应作为CFD数值模拟的边界条件,计算绕流场特性并获取气动力特性参数,将计算得到的气动力施加到输电导线上,得到输电导线的振动响应并与实验结果比较。分析结果表明,混合子结构方法能够准确获得输电导线发生风雨激振时的气动特性,该方法为不便于实验获取气动力特性振动问题研究提供了一种有效途径。

    • 基于双目视觉的振动测量及控制

      2018, 38(1):51-58. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.08

      摘要 (653) HTML (0) PDF 658.67 K (1185) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对柔性板的低频振动问题,研究了一种基于双目视觉测量其低频振动和反馈的控制方法。采用视觉传感器采集柔性板振动过程中的图像序列,通过图像处理的方法分析图像序列,从而得到柔性板的振动信息。以此信息作为控制反馈信号,采用最小控制合成算法(minimal control synthesis,简称MCS)抑制柔性板的振动。在相同的条件下,比较MCS算法和比例微分(proportion differentiation,简称PD)算法的控制效果。实验结果验证了基于双目视觉测量和MCS算法的可行性,且MCS算法的控制效果要优于PD算法。

    • 流固耦合下轴流压气机叶片振动特性数值研究

      2018, 38(1):59-66. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.09

      摘要 (693) HTML (0) PDF 3.93 M (1379) 评论 (0) 收藏

      摘要:气流扰动触发的叶片振动是导致叶片疲劳失效的主要原因,针对此问题,首先,建立叶片流固耦合时域计算模型,研究叶片振动特性,并进行叶片失效分析;其次,建立压气机叶片振动分析模型,结合叶片振动试验来验证模型的有效性;然后,考虑气体与叶片的耦合作用,通过数值仿真模拟得到典型工况下的叶片表面气动载荷,并将其引入旋转叶片有限元振动分析模型进行叶片振动响应计算;最后,引入坎贝尔图确定叶片危险工况,得到危险工况下的叶片动应力分布,并进行叶片疲劳失效分析。结果表明:临界工况下叶片振动应力分布与发生共振的模态振型密切相关;临界转速下叶片发生的1阶共振是造成叶片失效的主因。

    • 大型焊接构架制造过程的变形测量与分析

      2018, 38(1):67-72. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.10

      摘要 (421) HTML (0) PDF 1.02 M (1033) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了全面了解焊接和退火工艺对机车转向架构架制造过程变形的影响程度,提出了以试件的3D平均偏差、标准偏差和四角高差作为评价指标,用光学摄影测量系统对大型构架整体定位,用三维激光扫描仪对构架进行快速数据采集,用Geomagic-studio快速处理点云数据,以构架设计模型作为参考基准、用Geomagic-qualify进行焊接和退火工序变形的分析与评价的系统化方法。研究结果表明,三维激光扫描仪和Geomagic软件相结合的方法可以实现对大型结构件制造过程变形进行全方位的快速精确测量与分析,为该类产品制造质量的监控提供了新手段。数据分析表明,焊接工艺是影响构架变形的主要因素,而退火工艺对构架变形的3D平均偏差改善量小于0.58 mm。该结论为缩短退火时间、降低能耗与生产成本提供了科学依据。

    • 基于并联谐振匹配的超声电机阻抗特性

      2018, 38(1):73-79. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.11

      摘要 (580) HTML (0) PDF 1.53 M (1307) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前对超声电机及其驱动系统的阻抗特性测试均局限于单定子和低电压的现状,提出了超声电机及驱动器组成的并联等效电路整体模型,通过电学仿真得到机电系统的阻抗特性。通过傅里叶分解的方法对电机驱动电压和驱动电流信号进行处理,得到超声电机实际工作中的阻抗特性。通过仿真分析和实验可知:机电系统随着驱动频率的降低,阻抗呈单调增大的趋势,同时电机负载扭矩(小于额定扭矩)越大,系统阻抗越小;机电系统谐振匹配频率越小,系统阻抗越小,同时谐振匹配点越靠近电机共振频率,系统阻抗模随着驱动频率的减小,增大得越快。最后,通过机电系统阻抗特性提出超声电机实际工作的理想频率和驱动器的谐振匹配频率均应略大于电机共振频率的频率点。

    • CEEMD和小波半软阈值相结合的滚动轴承降噪

      2018, 38(1):80-86. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.12

      摘要 (972) HTML (0) PDF 774.07 K (1005) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对滚动轴承振动信号降噪处理时如何保证信号边缘信息完整性的问题,提出将互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition, 简称CEEMD)与小波半软阈值相结合的信号降噪方法,对滚动轴承故障高频振动信号进行降噪处理。首先,采用CEEMD方法对故障振动信号进行分解,针对信号特点自适应获取不同频段模态分量;其次,将对包含噪声污染的高频信号模态分量进行相关性分析,得到含噪成分较高的高频模态分量,进一步采用小波半软阈值进行降噪处理;最后,将降噪后的模态分量同残余分量进行信号重构,完成降噪过程。分析结果表明,相对于传统小波阈值降噪和CEEMD强制降噪方法,提出的方法能够有效去除高频信号的噪声,且最大程度地保证了原始信号的完整性,降噪效果更好。

    • OEEMD与Teager能量算子结合的轴承故障诊断

      2018, 38(1):87-91. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.13

      摘要 (618) HTML (0) PDF 441.97 K (749) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对滚动轴承发生局部故障时振动信号中微弱周期性冲击的特征提取问题,提出参数优化集合经验模式分解(optimal ensemble empirical mode decomposition,简称OEEMD)与Teager能量算子解调结合的滚动轴承故障诊断方法。首先,针对集合经验模式分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)过程中两个关键参数〖WTBX〗k〖WTBZ〗(加入白噪声的幅值系数)和m(集合平均次数)的准确选取问题,通过引入相关系数、相关均方根误差和信噪比分析,给出一种可自适应确定这两个参数取值的OEEMD方法,通过OEEMD将冲击从滚动轴承振动信号中分离出来;其次,采用Teager能量算子对其进行包络解调,计算出瞬时幅值后再对瞬时幅值进行包络谱分析,以获取冲击的特征频率,从而对滚动轴承故障进行准确诊断。仿真信号分析和应用实例验证了该方法的有效性

    • 考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型修正

      2018, 38(1):92-96. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.14

      摘要 (705) HTML (0) PDF 876.93 K (952) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于在大型塔机的模型修正中为简化计算,往往忽略了边界条件的不确定性,导致修正结果精度不够或修正计算收敛困难,为此提出一种考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型修正方法。首先,以某型塔机为研究对象,进行整机风致振动实测,获取结构的实测动态特性;其次,建立考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型,基于二次响应面法对该有限元模型进行修正;最后,将模型修正前后的计算结果与实测值进行对比。结果表明,考虑边界条件的影响能有效提高修正的精度,对结构的边界条件进行修正后的有限元模型能复现实测频段内的模态,也能以一定精度预测实测频段外的模态,证实了所提出的考虑边界条件不确定性的修正方法的有效性。

    • 用于光阑的旋转型驻波压电作动器

      2018, 38(1):97-102. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.15

      摘要 (623) HTML (0) PDF 2.91 M (1126) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了驱动光阑实现对光束的控制和调节,提出一种新型的旋转型驻波压电作动器。现有压电作动器中,性能稳定的多为单一振子复合模态工作方式,要求各工作模态频率差小,除了对加工精度要求高之外,由于工作磨损对各模态频率影响不同,工作模态的频率差增大,使作动器的性能和效率下降。针对这一问题和光阑的工作特点,研制了一种新型的旋转型压电作动器。该作动器利用两个相同结构杆形压电振子的同形模态,经摩擦驱动光阑活动环转动,达到调节光阑孔径的目的。原理样机实验表明:当预压力为8N时,在驱动电压为200 Vp-p~400Vp-p范围内,作动器的旋转速度与电压成正比,最大的逆时针旋转速度为75.36 rad/min,最大的顺时针运动速度为62.8rad/min;在驱动电压为400Vp-p下分辨率可以达到0.34mrad。该压电作动器满足了光阑光束控制的要求,具有结构简单、响应快速、调速平稳和精度高等优点。

    • 基于HFFB试验的结构广义荷载与风振响应分析

      2018, 38(1):103-110. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.16

      摘要 (431) HTML (0) PDF 830.01 K (805) 评论 (0) 收藏

      摘要:邹良浩,李峰,汤怀强,梁枢果

    • 橡胶输送带黏弹性本构模型参数测定与分析

      2018, 38(1):111-114. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.17

      摘要 (538) HTML (0) PDF 1.50 M (998) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过动态加载应变试验,分析了钢丝绳芯橡胶输送带在0,10,20,30和40℃温度下的应力响应。以输送带的标准固体本构模型为基础,通过黏弹性材料的傅里叶级数拟合,推导了输送带标准固体模型中3个参数的识别公式,建立了3个参数随温度变化的拟合公式,并分析了其随温度的变化特性。结果表明:温度对黏度系数η1和弹性模量E1影响较大,呈非线性变化趋势;对弹性模量E2影响相对较小,可以近似为线性变化。最后,通过试验对建立的拟合公式误差进行了分析,最大误差约为3%,试验结果也证明了辨识公式的准确性。

    • 基于奇异值分解的ERA改进算法及模态定阶

      2018, 38(1):115-122. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.18

      摘要 (539) HTML (0) PDF 2.42 M (1141) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了一种基于奇异值分解的ERA改进算法和模态定阶方法。在奇异值分解基础上,根据选定阶次在动态系统中所占比重,提出一种模态定阶指标——奇异值百分比,将该指标应用在改进后的特征系统算法中。首先,利用脉冲响应信号构造初始Hankel矩阵,对此矩阵进行奇异值分解生成去噪后的信号矩阵;其次,根据Cadzow算法重构Hankel矩阵;最后,利用奇异值指标确定模态阶次。通过仿真算例验证了改进后的特征系统实现算法具有良好的抗噪能力,利用定阶指标能有效确定模态阶次、剔除虚假模态,对于阻尼识别精度更高。应用该方法对某三厢车排气系统进行了模态参数识别,通过与LMS系统识别结果比较验证了方法的准确性。

    • 改进Logistic回归模型的滚动轴承可靠性评估方法

      2018, 38(1):123-129. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.19

      摘要 (3455) HTML (0) PDF 2.63 M (1871) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决滚动轴承可靠性难以评估的问题,提出了一种基于改进Logistic回归模型(improved logistic regression model,简称ILRM)的滚动轴承可靠性评估方法。首先,计算滚动轴承的时域、频域和时频域特征,选出有效特征组成相对高维特征集;其次,利用主元分析(principal component analysis,简称PCA)选取贡献率大于95%的主元,作为改进Logistics回归模型的协变量;最后,利用改进Logistic模型求取滚动轴承的可靠度并绘制可靠度曲线。该方法可以提取轴承退化的有效特征量;兼顾轴承的退化趋势,能够真实反映轴承的状态;消除信号随机波动对可靠度预测的影响。通过辛辛那提大学智能维护中心(intelligent maintenance systems, 简称IMS)滚动轴承全寿命试验,验证了该方法的有效性。

    • 外激振力作用下果树树干能量流

      2018, 38(1):130-135. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.20

      摘要 (464) HTML (0) PDF 1.21 M (869) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究在外载荷作用下,果树由激振位置传递到果树枝干各部分的能量大小情况,分析果树形态结构对能量传递的影响。选择两棵“Y”型果树和一棵三叉枝果树进行试验,将测试得到的加速度信号进行拟合,得到加速度函数, 再对加速度函数对时间积分得到速度函数,进而求出果枝各测点的动能,将这部分动能视为外激振载荷由激振位置传递到各测点的能量。在正弦振动载荷激励下,果枝上的加速度值符合正弦函数变化规律,且果枝加速度信号频率与外界激振频率几乎一致。能量在流经分叉点处产生分流,并更多的流向果枝直径大的一侧;能量在主干上的传递效率高于侧枝上的传递效率;激振频率为20Hz时,能量传递效率较高,果实最大瞬时速度和摆动幅度较大,果实更容易脱落。

    • 基于矩形贴片天线的应变传感器模拟与测试

      2018, 38(1):136-142. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.21

      摘要 (543) HTML (0) PDF 4.26 M (1100) 评论 (0) 收藏

      摘要:当贴片天线经历应变时,天线形状发生改变,导致其谐振频率发生偏移。基于此原理,提出采用矩形贴片天线的应变传感器测量结构中的应变。采用了2.4GHz的1/4波长矩形贴片天线作为应变传感单元,首先,利用HFSSTM软件设计应变传感器的尺寸参数,分别模拟该天线在长度与宽度方向经历拉应变时的谐振频率偏移;其次,分别将贴片天线以纵向、横向的方式粘贴在铝板上进行了受拉实验;最后,利用网络分析仪获得天线的谐振频率。模拟与测试结果表明,天线的谐振频率偏移与天线长度方向上的应变具有良好的线性关系,同时,天线宽度方向上的应变对其谐振频率的影响较小。

    • 基于Lamb波的平尾大轴裂纹扩展监测

      2018, 38(1):143-147. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.22

      摘要 (533) HTML (0) PDF 4.50 M (1164) 评论 (0) 收藏

      摘要:平尾大轴作为在役飞机的主承力构件,其轴内变厚度截面处存在应力集中现象,是疲劳断裂高发的关键部位。针对平尾大轴变截面处裂纹损伤,研究其基于主动Lamb波的裂纹深度在线监测方法。首先,通过线切割制造真实损伤,对压电传感器采集的监测信号进行Shannon连续复数小波变换,去噪提取Lamb波信号;其次,重点研究了不同模式Lamb波的4种损伤因子对大轴裂纹深度的表征能力,结果表明,基于A-0模式的互相关损伤因子对裂纹深度的表征效果最佳;最后,利用A-0模式的互相关损伤因子实现了平尾大轴裂纹萌生及裂纹尺寸的定量化监测,为平尾大轴的在线监测提供了方法基础。

    • 基于排列熵的泵站压力管道运行状态监测

      2018, 38(1):148-154. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.23

      摘要 (672) HTML (0) PDF 1.64 M (945) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现泵站管道工作状态的在线监测,保障其安全稳定运行,提出一种基于排列熵算法(permutation entropy,简称PE)的泵站压力管道监测方法。该方法充分发挥排列熵算法计算简单和敏感度高等优点,适宜于处理非线性、非平稳信号,通过在关键部位设置传感器获取泵站管道的振动信号,利用信号子序列熵值的变化判断泵站管道振动状况。将该方法应用于景电工程二期七泵站管道的运行监测,通过设置不同的运行工况进行实例验证。结果表明,在开关机组瞬间,振动信号子序列熵值的最大幅差达到0.37,机组稳定运行期间子序列熵值的最大幅差仅为0.07,根据其熵值的变化可快速方便地识别出泵站管道的运行状态,具有较高的精度与可靠度。该方法为泵站管道运行状况的在线监测提供了新思路,为结构下一步安全诊断工作提供基础,具有较好的工程实用性和推广价值。

    • 改进小波去噪Teager算子的齿轮微弱故障提取方法

      2018, 38(1):155-161. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.24

      摘要 (636) HTML (0) PDF 1.02 M (894) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对齿轮箱在强噪声背景下齿轮微弱故障振动信号的特征不易被提取的问题,提出将改进小波去噪和Teager能量算子相结合的微弱故障特征提取方法。采用改进小波阈值函数对振动信号进行去噪处理,与形态学滤波和传统小波阈值函数相比能够有效地提高信号的信噪比。对去噪后的信号进行集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)得到若干本征模式函数(intrinsic mode function,简称IMF),计算各IMF分量与原信号的相关系数并结合各IMF分量的频谱剔除虚假分量。对有效的IMF分量计算其Teager能量算子,并重构得到Teager能量谱,对重构信号进行时频分析并将其结果与原信号的希尔伯特黄变换(HilbertHuang transform,简称HHT)得到的边际谱进行对比。实验研究结果表明,本研究方法相比HHT能够对齿轮微弱故障特征进行更为有效地提取,验证了本研究方法在齿轮箱微弱故障诊断中的可行性。

    • 一种基于INW-ESN的故障融合预测方法

      2018, 38(1):162-169. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.25

      摘要 (533) HTML (0) PDF 3.47 M (1142) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统方法对液压泵故障预测效果不佳的问题,提出了一种基于改进的Newman-Watts小世界回声状态网络(improved Newman-Watts-echo state network, 简称INW-ESN)的故障融合预测方法。首先,对回声状态网络(echo state network,简称ESN)储备池结构进行优化,建立INWESN基础预测模型,并重新定义邻接矩阵元素取值,以改善网络预测性能;其次,在此基础上建立故障融合预测模型,利用Dezert-Smarandache理论(Dezert-Smarandache theory,简称DSmT)将INW-ESN预测信息与液压泵性能退化模型信息进行融合,以提高预测精度;最后,通过对液压泵性能退化试验的应用分析,验证了该方法的有效性。

    • 用于微型飞行器的高转速超声电机

      2018, 38(1):170-175. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.26

      摘要 (685) HTML (0) PDF 2.24 M (1339) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索和实现超声电机在微型飞行器领域的应用,提出了一种微型高转速超声电机。该电机利用定子的面外弯曲振动模态,依靠接触摩擦驱动转子旋转,进而带动与之固连的旋翼高速运转。定子主体由基板和碳纤维管组合而成,碳纤维管竖直安置于基板中心,具有放大定子基板振幅的作用,碳纤维管的两端锥面作为电机的驱动面来驱使转子旋转,激励原件为四分区的环状压电陶瓷。利用有限元软件Ansys15.0对电机定子有限元模型进行了分析,并对电机尺寸进行了优化,确定了定子的工作模式并模拟了定子驱动端面质点的三维运动轨迹。实验样机的机械特性实验结果表明,在驱动频率为30.9kHz、电压为350Vp-p激励信号下,电机最大转速可达到5 520r/min,产生的最大升力达到14mN。结果表明,该超声电机具有高转速、高稳定性的特点,为进一步应用于微型飞行器奠定了基础。

    • 基于改进MOMEDA的齿轮箱复合故障诊断

      2018, 38(1):176-181. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.27

      摘要 (794) HTML (0) PDF 966.44 K (939) 评论 (0) 收藏

      摘要: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Ch和CL,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。

    • 连续体机械臂振动特性研究

      2018, 38(1):182-189. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.28

      摘要 (667) HTML (0) PDF 5.23 M (2259) 评论 (0) 收藏

      摘要:连续体机械臂的振动是制约其应用的重要因素,在不同的伸长量及不同的弯曲角度下,其振动的阻尼固有频率与衰减系数是不同的,且无法通过理论计算得出,这为连续体机械臂在运动中振动抑制带来了困难。本研究开发了可变长度的连续体机械臂实验平台,利用加速度传感器测量连续体机械臂在不同位姿时,对连续体机械臂末端给定牵引长度并释放时加速度,采用基于参数识别方法标定了连续体机械臂末端振动特性参数,标定了不同位姿参数下连续体机械臂的一阶阻尼固有频率与衰减系数,得到一阶阻尼固有频率与衰减系数关于连续体机械臂长度与弯曲角度的函数。结合加速度传感器所测连续体机械臂末端角速度得到了完整的连续体机械臂末端振动模型。最后通过实验对末端点振动模型进行验证,误差小于10%。

    • 基于压电双晶片的风速辨识系统

      2018, 38(1):190-195. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.29

      摘要 (623) HTML (0) PDF 2.57 M (1089) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了感知飞行器外部流场,间接获得航速和姿态角等飞行参数,提出了一种基于压电双晶片阵列的风速辨识集成部件。在尽可能减小空气动力学特性影响的情况下,设计了一种双晶片两轴对称的飞行器头部风传感实物模型,由4片双晶片阵列组成。首先,在风洞实验中采集单片双晶片的感应电信号,经过电荷放大器、NI数据采集卡与Labview虚拟仪器分析软件,利用最小二乘法获得各自压电双晶片的感应电压(均方根值)与风速(矢量)之间的函数关系;其次,建立风速辨识集成部件的双变量(风速大小与风向角)传感函数模型,由此反求风速大小和方向。实验结果表明,所设计的风速辨识压电集成部件在风洞内可实现风速的二维测量,采样时间为5s时,其传感精度在3%(风速大小)和3°(风向角)以内,最高分辨率可达0.5%(风速大小)和0.55°(风向角)。此应用于飞行器上的风速辨识集成部件可以快速感知风速大小和方向,其传感函数模型的精度满足外部环境风速辨识的要求,为今后飞行器传感系统集成化与小型化奠定理论与实验基础。

    • 基于分层多信号流图的飞机空调系统故障诊断

      2018, 38(1):196-201. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2018.30

      摘要 (663) HTML (0) PDF 436.20 K (1587) 评论 (0) 收藏

      摘要:在对飞机空调系统各主要部件进行故障模式影响分析(failure mode and effects analysis,简称FMEA)的基础上,采用分层多信号流图(hierarchy multi-signal flow,简称HMSF)方法对飞机空调系统进行故障诊断与仿真分析,得出了飞机空调系统的故障测试关联矩阵,并给出系统各部件的故障检测率和故障隔离率。针对系统故障隔离率较低的情况,在尽可能少增检测点的前提下,对飞机空调系统分层多信号流故障模型进行了改进,增加了涡轮等部件共5个检测点,使飞机空调系统的故障检测率从91.4%提高到100%,故障隔离率从32.9%提高到83.9%。研究发现,分层多信号流图方法有助于改善飞机空调系统的故障检测率和故障隔离率,提高系统的故障诊断效率,为飞机空调系统健康管理的设计提供技术基础。

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