摘要:煤炭是当今社会的一种重要化石能源，煤机械设备是煤矿企业实现机械化的核心装备,对其工作状态进行监测具有重要的经济价值和安全需求。笔者综述了煤矿机械设备的主要故障类型、产生的原因以及故障的表现形式，根据信号采集时煤机设备是否需要停机以及故障诊断的时效性，总结了机械故障诊断的方法及其特点；分析了不同类型无线网络传输技术、不同种类微能源技术的特点及其在煤矿中应用的可行性；同时，针对当前煤矿机械工作状态监测系统的不足，提出了基于微能源技术实现煤矿机械设备工作状态信息采集与发送系统自供电，结合Zigbee无线网络传输和通用分组无线服务技术(general packet ratio service,简称GPRS)通信方式实现煤矿机械设备工作状态监测系统自动化在线监测的发展方向。

摘要:基于金属阻尼器屈服强度较高且不能调控的不足，提出由低屈服点钢和普通碳素钢组成的复合型金属阻尼器。首先,将“最大刚度”和“满应力状态”同时作为优化目标对边缘镂空的钢板阻尼器进行拓扑优化，获得最优的阻尼器形状;然后,针对复合型金属阻尼器的受力特点建立偏心交叉支撑等效模型，得到阻尼器屈服强度和屈服位移的近似解析解。数值分析结果表明优化复合型金属阻尼器具有滞回曲线饱满且应力均匀的优点，且可按需求调控阻尼器的屈服强度。对装有复合型金属阻尼器的框架整体抗震减震能力进行弹塑性分析，结果表明复合型金属阻尼器的减震效果明显，而经过优化的金属阻尼器性能更加优越。

摘要:为进一步研究惯容器的实现形式与力学性能特征，研制了新型流体惯容器装置。首先，在单通道伺服激振台架上进行力学性能测试，分析其非线性因素及对力学输出的影响机理；然后，考虑采用基于统计理论的支持向量机方法建立流体惯容器的力学输出预测模型，分别研究了不同激振频率、不同位移输入条件下的流体惯容器力学性能输出；最后，利用全局搜索能力较优的量子遗传算法优化径向基函数的方差与惩罚因子，并将构建的预测模型与试验输出果相对比。结果表明：利用支持向量机构建的流体惯容器力学输出预测结果与试验吻合良好采用量子遗传算法优化的预测模型具有更高的预测精度，其方差降幅最大可达到61.36%说明构建的预测模型正确合理，可为准确掌握流体惯容器动力学特性提供新思路。

摘要:基于经验模态分解（empirical mode decomposition，简称EMD）算法因递归分解模式所造成的固有缺陷，将使用变分原理进行分解的变模式分解（variational mode decomposition，简称VMD）算法引入到爆震识别领域，发现VMD算法对比EMD算法有较高的计算效率与准确性，而且表现出了较好的鲁棒性，更加适合于在混有强烈背景噪声的缸盖振动信号中提取爆震特征。在此基础上，针对VMD算法分解层数需要手动选择的缺点，利用各阶分量的中心频率之差，提出了一种可以自适应选择VMD分解层数的方法。这种方法的思路为利用VMD算法对信号从一个较小的层数开始进行分解，逐个增加分解层数，直至各阶分量中心频率差值满足预先设定的阈值为止，即可得到最佳分解结果。经实验数据验证与对比，结果显示了这种方法的优越性。

摘要:基于路面不平顺一致输入激励，采用虚拟激励法研究车辆变速行驶三维车桥耦合非平稳随机振动响应。首先，将桥梁离散为板-壳实体单元，车辆简化为三维九自由度体系，考虑路面输入激励的多点不相干，将路面不平顺引起的荷载等效为虚拟激励荷载，建立三维车-桥耦合非平稳随机振动模型；然后，运用精细积分格式迭代求解,与Monte-Carlo法计算结果对比验证模型的正确性；最后，以某高速公路梁桥为背景，研究车辆匀加速行驶在B级桥面桥梁各点响应。结果表明：笔者提出的计算模型及算法正确可行；相同路面激励引起的跨中位移和加速度响应峰值大小取决于瞬时最大车速；车辆变速行驶比匀速行驶具有更宽的共振频率区间，跨中位移和加速度最大值随车速呈现先快后缓的增长趋势。

摘要:为了减少现行桥梁检测中所需布置传感器数量，将小波包分解和样本熵有机结合起来，对利用单点动力响应数据检测识别连续梁桥结构损伤的新方法进行了研究，笔者提出了连续梁桥结构的损伤识别指标和方法。利用小波包变换对移动荷载作用下桥梁的加速度响应进行分解和重构，计算重构信号的样本熵值，建立了对数加速度能量差小波包样本熵损伤识别指标；并通过三跨变截面连续梁桥的动力仿真分析，验证了指标和方法的适用性与噪声鲁棒性。研究结果表明，笔者所提出指标和方法仅利用桥上一个测点的加速度响应就能够很好地识别连续梁桥的损伤位置和损伤程度，且对噪声不敏感。

摘要:导波损伤检测技术的关键在于检测出结构损伤引起的导波信号变化，但环境温度变化也会影响导波传播过程，引起信号改变，导致损伤检测的失败。为了消除温度变化的影响，笔者采用独立成分分析（independent component analysis, 简称ICA）方法处理导波响应信号。作为一种盲源分离的算法，ICA能够从混合信号中提取得到独立的未知源信号分量。因此利用ICA方法能将导波的响应源信号从被温度变化干扰的混合信号中分离出来，实现消除温度变化干扰的目的。为验证该方法的可行性，以螺栓连接铝板为对象进行实验，采集不同温度下螺栓全紧及松动状态的导波响应信号，将其经过ICA方法处理后应用到损伤定位算法中。结果表明，应用ICA处理后的导波信号能够成功定位松动螺栓，证实了ICA方法排除温度变化对导波传播影响的有效性。

摘要:滚动轴承故障诊断的关键是敏感故障特征的提取。多尺度模糊熵（multi-scale fuzzy entropy，简称MFE)是一种衡量时间序列复杂性的有效分析方法，已经被用于滚动轴承振动信号故障特征提取。针对MFE算法中多尺度粗粒化过程存在的缺陷，笔者采用滑动均值的方式代替粗粒化过程，提出了改进的多尺度模糊熵算法，并通过仿真信号将其与MFE进行了对比分析。在此基础上，提出了一种基于改进多尺度模糊熵与支持向量机的滚动轴承故障诊断方法。最后，将所提故障诊断方法应用于的滚动轴承实验数据分析，并与基于MFE的故障诊断方法进行了对比，结果验证了所提方法的有效性和优越性。

摘要:针对现有直线超声电机特性测试系统存在的测试精度低、功能单一和自动化程度低的问题，笔者设计了一种直线超声电机特性测试系统，主要由电机驱动模块、数据采集模块和测试控制及数据处理模块3部分组成。电机驱动模块以STM32F429微控制器为核心，可方便实现对驱动信号的电压、相位以及频率等参数调节；数据采集模块主要由位移传感器、拉压力传感器和高速数据采集卡组成；测试控制数据处理模块主要由PC机实现。利用该系统对一种蝶形直线超声电机的机械特性和瞬态特性进行了测试，结果表明：该系统可很好地实现对直线超声电机的特性测试，而且操作简便，易于扩展。

摘要:着陆缓冲机构是着陆器实现行星探测软着陆的关键部位之一，它的缓冲性能直接关系到着陆器是否能安全地在行星表面实现软着陆。根据某院提供的火星着陆器模型，在三维建模软件中建立着陆器的合理简化模型，为了提高分析着陆器软着陆过程冲击响应的准确性，采用MSC公司的Patran/Dytran有限元软件，用瞬态动力学的方法对着陆器的缓冲性能进行分析。仿真结果与试验数据十分吻合，着陆器的缓冲和传力性能良好。因此，采用拉杆缓冲的桁架式火星着陆器是可行的，仿真结果与试验数据也为今后的火星探测提供了参考。

摘要:针对舰用燃气轮机结构复杂、工作环境恶劣，难以对其状态进行有效识别问题,提出一种基于核主元分析(kernel principal component analysis, 简称KPCA)和模糊积分相结合的状态识别新方法。采用专用试验平台对舰用燃气轮机进行试验，获取其不同工况下的高压转子转速、低压转子转速、涡轮后排气温度及机匣振动等9个状态表征参数的原始信息，采用KPCA方法提取其状态表征参数的不同核主元，构建特征向量空间。并由提取的核主元特征向量分别创建GRNN，Elman神经网络状态识别模型，对燃气轮机状态进行识别。在此基础上，采用模糊积分方法对两种状态识别结果进行决策层融合，得到唯一的状态识别结果，提升了状态识别准确率。研究表明，采用核主元分析和模糊积分相结合的方法，能有效识别出舰用燃气轮机健康与故障状态，具有很好的实际应用价值。

摘要:根据钢轨踏面非周期性损伤具有奇异性，分析了其中点弦测法的响应特征，提出多弦理论下的损伤辨识方法：选取合适的弦长组合可在抑制轨道不平顺弦测幅值增益的同时放大钢轨踏面损伤幅度，再利用奇异值分解将测量数据进行分离后，对包含有钢轨踏面损伤奇异特征的分量求滑动峰态序列，得到损伤的精确位置。理论仿真和实际线路测试表明，该方法仅利用轨道弦测数据就能提取被淹没的钢轨踏面损伤信息，适合在实际铁路工务中应用。

摘要:为了增强空间光-光纤耦合的耐振动性能，提高耦合效率，首先对微振动环境下空间光-光纤的耦合特征进行了分析，设计了一种新的锥形接收器；然后，并对锥形接收器的全反射特征和耦合性能进行了理论分析，在微振动环境下，新的锥形接收器耦合效率高于普通光纤接收器；最后，进行了实验研究，采用普通光纤作为接收器时，耦合效率随着振幅的增大而迅速降低，当振幅从0增大到280 μrad时，耦合效率从95%降低至10%，但采用新型锥形光纤接收器时，耦合效率从 95%降低至55%。结果表明，在微振动环境下，新型接收器能有效提高空间光光纤的耦合效率。

摘要:根据同步施工网络控制系统的控制原理，分析了时变、随机和不确定的网络时延对同步误差控制所产生的影响。针对传统Smith预估器用于多被控对象同步控制时存在的缺陷与不足进行了分析，提出了一种改进型Smith预估器，实现了对网络时延、被控对象纯滞后因子以及同步误差控制器的多重Smith预估补偿，将其从内部反馈回路中彻底消除，预估模型无需预估与在线测量其大小与变化规律。通过基于控制器局域网络（controller area network，简称CAN）的盾构管片拼装机同步网络控制系统，对常规比例积分微分（proportion integral derivative，简称PID）同步网络控制和基于改进型Smith预估器的PID同步网络控制性能进行了仿真对比分析，并通过实验进行了验证。结果表明，常规PID网络控制同步误差为-3~3 mm，基于改进型Smith预估器的PID网络控制同步误差为-1.5~1.5 mm，后者可显著提高同步施工网络控制系统的同步控制性能与精度。

摘要:提出了采用应变模态置信度为待修正响应特征的有限元模型修正方法。应变模态置信度是评价有限元仿真与试验测试结果相关性的方法，可以为模型修正提供全局的频率误差信息和局部的应变相关性信息。首先，介绍了应变模态和有限元模型修正的相关理论方法；然后，以某航空加筋壁板结构为对象，通过仿真分析和“仿真试验”获得结构的应变模态频率以及对应的应变振型，进一步计算频率误差和应变模态置信度误差;最后，基于两种误差构造模型修正的目标函数，采用遗传算法对目标函数进行优化，修正结构中的待修正参数，并将修正后参数代入模型，验证所提方法的正确性和有效性。结果表明：所采用的方法获得的修正后有限元模型具有复现修正响应特征的能力，并且对于未修正频段内的响应也具有较好的预测能力。

摘要:薄壁件的精加工阶段，由于刀具悬伸长，工件刚度低，加工中容易发生变形进而引起颤振。因此需要可靠的标准监测加工状态，判断加工参数是否合理。首先，采集加工中包含颤振现象的声压数据，分析颤振发生时域有效值及频域功率谱的特点，对比在不同状态的特征，并以这些特征作为监测的依据；然后，在颤振发生时能量集中频段转移，通过小波包分解后构造出反映这一特征的特征量；最后，以小波变换时频图作为状态判断依据，通过离线分析设定相关阈值，设置多重标准，满足时域有效值和频域占能比阈值要求后计算特征值，判断加工状态。验证结果表明，笔者所提出的方法可以准确识别颤振现象，同时表明声压信号可以反映颤振特征。阈值设定后，即可为后续加工在线监测提供判断标准，避免因加工参数选择不合理时对工件或机床造成损害。

摘要:针对汽轮机、压缩机等透平机械三转子四支撑轴系经常发生不平衡振动现象，研究轴系中各转子振型不平衡的响应特性。采用有限元法构建三转子四支撑轴系动力学有限元模型，分别在各跨转子上施加一阶、二阶弯曲振型不平衡，分析高低转速下轴系的涡动轨迹，以揭示各转子振型不平衡与轴系振动响应的关联。通过搭建的三转子四支撑轴系转子振动实验台，开展各跨转子不平衡激励下轴系振动响应测试，分析共振点和幅、相频特性，得出结论：这类轴系跨内加重振动响应由轴系模态振型和激励类型共同决定，兼具有转子外伸端振动特性。该结论可为消除这类三转子四支撑轴系不平衡故障提供参考。

摘要:预测承受随机载荷结构件的疲劳寿命是一个复杂的问题，应用Miner线性损伤准则经常会得出偏于冒险的寿命预测。非线性累积损伤理论考虑了加载顺序对疲劳寿命的影响，精度更高，但计算繁琐，且未能用于频域寿命计算。文中给出了一种基于非线性累积损伤的随机振动疲劳寿命分析方法，该方法将频域疲劳寿命的预估结果平分为若干段，考虑顺序效应对每一段结果进行修正并叠加，得到修正的振动疲劳寿命结果，通过简单试验件试验验证了该方法的准确性，对于某加筋板结构在动力学准确建模、多轴应力等效的基础上进行寿命估算，结果证明了方法的有效性和工程可用性。

摘要:为研究某重型车辆在试验场强化耐久路可靠性试验中发生的转向节臂锥体根部断裂问题，从材料组织结构特性和工艺装配精度角度考虑，对转向节臂断裂故障模式进行了详细分析。在断裂口附近粘贴全桥弯曲应变片并布置与转向系统关联的测试传感器，采集断裂部位的弯曲应变、侧向加速度及转向横拉杆位移等试验数据。依据缺口根部循环应力-应变滞回环曲线方程及诺伊贝尔（Neuber）原理，将测试的名义应力载荷转换成断裂部位的局部应力-应变响应，利用曼森-科芬（Manson-Coffin）平均应力修正方程计算断裂位置的疲劳寿命和损伤。分析和计算结果表明，转向节臂材料特性满足设计技术条件，而工艺装配锥度及表面粗糙度不满足图纸设计精度，转向节臂与转向节的装配接触面积只达到30%，导致转向节臂锥体根部产生局部高集中应力，最终发生弯曲低周疲劳断裂。

摘要:首先，对典型单回路500kV高压输电塔进行了有限元模态分析；然后，利用基于非定常风荷载的风致动力响应频域分析方法，对单回路高压输电塔风致响应进行了参数分析；最后，详细探讨了参振模态数目、模态交叉项、结构阻尼比等参数对响应的影响。结果表明：输电塔上部节点考虑前三阶整体振型（两水平向侧弯和扭转）就能保证足够高的位移计算精度；参振模态数目对加速度响应值有较大的影响，随模态阶数的增加，加速度响应单调增大；基底弯矩主要由各方向一阶侧弯振型贡献。输电塔对阻尼比的变化敏感，随着阻尼比的增大共振响应明显减小，阻尼比对响应低频部分的影响基本可以忽略。此外，在单回路酒杯型输电塔频域响应分析中，可不考虑模态交叉项的影响。

摘要:被动式吸振器（passive dynamic vibration absorber，简称PDVA）结构参数不可调，减振频带单一，不适用于宽频减振。为解决上述问题，首先，以磁流变弹性体（magnetorh eological elastomer，简称MRE）为刚度元件，设计一种刚度可调的自适应吸振器（adaptive dynamic vibration absorber，简称ADVA）；其次，对弹性体原料组成及磁流变效应进行介绍和分析；然后，对受控系统增加吸振器，引起系统新的共振问题提出了吸振器工作过程中的电流控制方法以消除新增的共振现象；最后，进行了仿真及实验研究。结果表明,本设计可将减振频带拓宽至11.37 Hz，并且利用提出的电流控制方法可有效消除系统新增的共振峰。

摘要:轴承的早期故障信号属于微弱信号，其故障特征提取一直是旋转机械故障诊断的一大难点。笔者将掩膜法引入到局部均值分解（local mean decomposition，简称LMD）分解中，提出了一种基于LMD和掩膜法（mask signal，简称MS）的滚动轴承微弱故障提取方法。由于LMD在噪声背景下分解出的功能分量（product function,简称PF）存在模态混叠现象，很难辨别故障频率的真伪，所以引入了掩膜信号法对LMD分解出的与原信号相关性强的PF分量进行处理，抑制模态混叠现象，提取故障频率。文中以滚动轴承实际故障信号为对象进行分析，通过将掩膜信号法与LMD方法相结合的方式，对存在噪声的故障信号进行处理，将故障频率处的峭度值提高了8倍，同时将信噪比提高了19.1%，成功提取了故障信号，为故障特征提取提供一种新的诊断方法。

摘要:滚动轴承早期故障信号中故障信息比较微弱常常被强噪声所掩盖，增加了对滚动轴承故障诊断的难度。针对这一问题，笔者提出了基于自适应最优Morlet小波变换的滚动轴承故障诊断方法。首先，利用粒子群优化算法对Morlet小波变换的核心参数进行自适应寻优，在获得最优Morlet小波的同时保证了良好的带通滤波性能；然后，将最优Morlet小波对滚动轴承早期故障信号进行滤波去噪，提高信号的信噪比；最后，对最优Morlet小波滤波信号进行包络谱分析，通过包络谱中的主导频率成分与滚动轴承各元件的故障特征频率对比从而判断轴承的故障位置。仿真数据和实测数据分析结果证明，笔者所提方法能够有效提取故障信号中的特征信息，具有一定的有效性。

摘要:直升机传动系统轴系结构复杂，轴系的相对位置变化将影响整个传动系统传递特性，文中以某型直升机尾传动系统——轴系相互垂直的螺旋锥齿轮系为对象，开展轴系相对位置变化下齿轮对啮合力变化特性研究。通过建立尾传轴系相对位置变化的动力学模型，结合多体动力学软件，仿真分析了不同轴系相对位置变化量、不同载荷、不同转速下，齿轮副啮合力变化规律。结果表明：平均啮合力随偏移位置增大而减小，随倾斜位置增大而增大；轴系的倾斜位置变化较偏移位置变化对齿轮啮合特性影响更大。本研究为直升机尾传动系统运行状态监测提供理论依据，对提高直升机传动系统运行稳定性，确保其安全高效运行等有着重要意义。

摘要:为提高双足压电直线作动器的有效驱动，增强作动器中二级杠杆微位移结构和柔性铰链的放大能力，对作动器的结构参数进行优化。首先，对二级杠杆微位移机构的放大倍数进行理论计算，基于ANSYS完成作动器定子作动仿真过程；其次，通过仿真分析发现，在作动器定子中综合使用直圆型柔性铰链和直梁型柔性铰链，会使作动器定子放大倍数得到优化，最优铰链参数对应的放大倍数为8.131；最后，制作了该作动器样机并进行了定子驱动足振幅测试，两驱动足的振动相对稳定。实验结果表明，驱动足I,II的位移振幅在60和63 μm的上下范围浮动，与实际相符合。与现有的压电直线作动器相比较，该作动器结构简单，易于安装调试，具有大振幅驱动和运行稳定等特点。

摘要:针对旋转机械运行转速波动导致信息获取及诊断决策困难问题，以非平稳信号的瞬时频率估计为切入点，结合快速路径优化算法进行非平稳信号的瞬时频率估计，以实现转速波动信息的准确获取。基于参数化时频分析理论的短时阶比原理，依据估计的振动信号瞬时频率变化函数构造匹配旋转算子，将转速波动信号的时频特征进行旋转，获得各时频窗内的短时阶次谱，进而完整保留转速波动信号的瞬态信息。仿真及实验结果表明，该方法可以准确提取出旋转机械转速波动工况下的状态信息及故障特征，为后续故障精密诊断奠定基础。

摘要:针对某重型双缓冲凿岩机样机存在的冲击无力、机体发热等问题，首先，采用应力波法对样机冲击能进行了测试；然后，对样机进行了综合性能试验，测试了冲击活塞前腔和后腔，换向阀左腔和右腔，以及双缓冲系统一级和二级缓冲腔的压力变化；最后，得到了冲击活塞运动规律，获取了缓冲活塞的平衡位置及缓冲系统的工作状态。试验结果认为，换向阀工作正常、缓冲活塞平衡位置合理，而冲击活塞的打击点滞后于换向完成点，进而导致了样机的冲击无力及机体发热。基于此提出了缩短隔套长度的解决方案，并对改进后的样机进行了试验验证。验证结果表明，冲击无力问题得到基本解决，机体发热问题得到缓解。综合性能试验方法为凿岩机故障排查提供了一种有效手段。

摘要:针对倒频谱分析方法难以提取滚动轴承早期微弱故障的问题，提出了一种利用最小熵反褶积(minimum entropy deconvolution，简称MED)和倒包络谱分析的故障特征提取方法，并应用于滚动轴承诊断中。首先，采用MED方法对故障信号进行降噪处理，同时增强信号中的周期成分；然后，计算降噪后信号的包络，再对包络信号进行倒频谱分析；最后，得到倒包络谱，提取故障特征。试验结果表明，所提出的方法优于传统的倒频谱分析，能够有效提取强背景噪声下的滚动轴承早期故障特征频率信息。

摘要:为分析高速列车轴箱端盖脱落的原因，建立了轴箱端盖的有限元模型，通过模态分析得到了580 Hz的固有模态，并依据模态试验验证了模态分析结果。经过和线路试验数据对比发现该固有频率和20阶多边形的激励频率很接近，针对这一情况应用多体动力学软件建立了包含轴箱和端盖的车辆动力学模型并对轴箱端盖的振动特性进行分析。结果表明：端盖处的加速度要远远大于轴箱体上的加速度，结合频谱分析可以确定轴箱端盖处发生了共振，激烈的振动会使预紧力下降，当预紧力下降到2.5 kN螺栓发生松动。上述结论与试验结果一致，并且根据测力螺栓的和端盖的试验数据可以发现随着螺栓预紧力的下降端盖的振动更加剧烈。本研究确定了引发高铁轴箱端盖掉落的根本原因，对于高铁车辆的安全运行有一定的指导借鉴意义。

摘要:针对内爆炸热、振动干扰壁面压力测量的问题，提出了一种内爆炸环境下舱室壁面压力测试方法。对于热影响，采用一种热隔离装置，并在其中涂抹隔热油脂，降低热对传感器的影响。对于结构振动影响，采取一种隔振安装结构，抑制壁面振动向传感器的传递，并对该方法进行分析与试验验证。结果表明，该方法能够有效降低热、振动对压力测试的影响，提高压力测试精度，适用于内爆炸环境下的舱室壁面冲击波压力测试。