摘要:针对多方向振动俘能器对低频、低幅值激励的响应输出性能低等问题，在振动俘能结构中引入非线性磁吸力，提高俘能器的响应频带和能量转换效率。研究了非线性磁振子模型，建立了基于广义Hamilton变分原理的横、纵向振动系统机电耦合模型，对系统动力学方程进行无量纲化并数值求解。搭建了振动俘能器性能测试平台，开展了多场耦合振动俘能器频谱特性及响应输出的分析实验。结果表明，引入磁铁可显著提高系统能量转换效率，当磁铁间距15 mm、激励幅值0.5 m/s2时，相比无磁力输入的情况，系统响应电压提高了6倍左右，谐振频率从18 Hz降至9.5 Hz左右，解决了压电俘能器频带窄、响应频率高及输出电压低等问题。

摘要:为了提高在背景噪声干扰下非线性Lamb对于结构微裂纹的检测精度，提出了利用Duffing振子和Lyapunov指数对噪声干扰下的非线性Lamb波特征进行增强与量化分析的方法。首先，采用了庞加莱图确定Duffing系统外策动力参数；其次，将周期延拓滤波后的非线性Lamb波输入调整好的Duffing系统中，对系统输出时间序列进行相空间重构，计算出相应的最大Lyapunov指数。通过多个模型数据的仿真分析结果表明，即使在噪声干扰情况下，Lyapunov指数与裂纹大小也存在着良好的线性关系。该方法对噪声干扰下的微裂纹缺陷识别具有明显的优势，对提高非线性Lamb波的检测灵敏度具有重要意义。

摘要:利用阻尼性能优越的复合材料进行潜艇减振降噪设计已比较普遍，钢/复合材料板壳组合系统结构作为典型的施工单元件形式，其阻尼性能密切关系到结构在共振区的响应。从黏弹性阻尼理论出发，描述了阻尼耗散机理，基于统计能量的角度对系统内损耗因子组成进行了论述，指出多种材料组合下系统的结构损耗与材料组成、振型相关，声辐射损耗受流体介质、壳板性质等影响较大。进一步完成了钢板、玻纤增强树脂壳板在4种工况下的内损耗因子测试，结合数值计算，总结了试验模型的损耗因子组成规律，并预报了其边界损耗因子。结果表明：相同结构型式及边界条件下，空气中的声辐射损耗仅为水中的1/40左右；在非刚性连接形式下，边界损耗对系统的内损耗因子贡献较大，对于钢板模型，该连接形式与自由边界相比所表征出的总体阻尼性能相差几十倍。

摘要:传统模态应变能计算需要完备模态振型信息，而模态振型信息中存在转角自由度难以准确获取的问题，为解决该问题，开展基于应变模态的模态应变能损伤识别研究，实现了结构损伤的定量识别。首先，通过基于应变与位移之间的联系，推导出应变模态与位移模态之间的转换矩阵；其次，利用应变模态代替位移模态计算单元模态应变能，建立基于灵敏度分析的损伤识别方程组；最后，根据奇异值截断法求解该方程组识别结构损伤。以一两端固支梁结构为对象，开展数值仿真和实验研究。结果表明，该方法可以有效识别出结构的损伤位置和损伤程度，相对于基于振型扩充的模态应变能损伤识别方法，具有更好精度和抗噪性能。

摘要:针对旋转机械非线性特征提取的问题，提出了广义分形维数（generalized fractal dimension，简称GFD）和核函数主元分析（kernel principal component analysis，简称KPCA）的旋转机械振动特征提取方法。首先,通过广义分形维数进行初次特征提取，形成高维特征空间；其次,通过核主元分析方法对高维特征空间降维并进行第二次特征提取；最后,利用核主元分析方法和KN近邻（KNN）方法对转子和轴承不同状态下的特征进行了分类。研究表明，GFD-KPCA方法对旋转机械进行了有效的特征提取，对不同状态的数据有高精度的分类，对参数选取有较低的依赖性。轴承微弱振动特征提取结果显示，GFD-KPCA性能优于常规的KPCA特征提取算法，具有更好的精度和适用范围。

摘要:一种基于近场声全息技术的质点振速传感器灵敏度测量方法，在没有任何特殊声源或声学设备的前提下，通过测量或重建声场中的声压和法向质点振速来计算声阻抗，实现质点振速传感器的灵敏度测量。将该方法扩展至三维质点振速传感器的灵敏度测量，在测量或重建法向质点振速的同时，也测量或重建切向质点振速，实现三维声阻抗的估算，从而同时测量计算3个方向质点振速传感器的灵敏度，并通过实验验证了所提方法的有效性。

摘要:针对压电驱动无针注射对电源的需求，设计了与压电无针注射器配套的脉冲电源，该脉冲电源的驱动控制系统由电池提供12 V的直流电压，通过Buck与推挽电路级联电路升压后整流滤波输出0~400 V直流可调电压，由反馈电路对输出电压进行校正，最后全桥逆变电路实现输出频率与占空比可调，且输出电压在0~400 V 随占空比的改变成线性变化的瞬时高压脉冲信号。实验结果表明，该脉冲信号稳定可靠，输出纹波在范围0.5%以内，满足了压电驱动无针注射电源需求。

摘要:通过对主被动Lamb波监测系统存在的互联性与互补性的分析，针对主被动监测系统各自的优势和存在的缺陷，研究并提出了主被动监测系统的协同工作机制。将被动监测触发和间歇扫查相结合，设定主动监测机制，并对主被动监测结果进行融合。给出了主被动集成化系统的硬件实现方案，并搭建实时监测的软件平台。实验结果表明，主被动协同技术与系统很好地融合了主被动监测信息，提高了监测效率、监测精度并降低了系统功耗。

摘要:海洋平台-摇摆柱结构体系是一种新型结构体系，能够有效地控制海洋平台在冰荷载作用下的动力反应，同时可以和多种消能减振装置相结合，进一步提高结构耗能能力。通过采用ANSYS对模型方案进行优化，研究冰荷载作用下，连接杆数量、位置和摇摆柱直径对海洋平台抗振性能的影响，分析发现连接杆数量越多、摇摆柱直径越大，减振效果越好。考虑到摇摆柱与海洋的接触面积以及结构的经济性，方案3（摇摆柱直径为360 mm、连接杆4根）可以达到较好的控制效果。模型以JZ20-2北高点海洋平台为基础，按照方案3制作1∶10的缩尺模型。通过原海洋平台和海洋平台-摇摆柱结构进行对比分析，发现海洋平台增设摇摆柱是一种有效减振措施。

摘要:非局部均值算法（non-local means, 简称NLM）的数据处理效果受其参数设置的影响较大，极大地限制了NLM的数据处理效果及应用范围。针对不足，提出把粒子群算法引入NLM参数的寻优求解。首先，通过粒子群算法迭代寻优的特性寻找NLM算法的最优λ，M和P参数；其次，将最优参数代入NLM算法获得最优滤波器，并对原始信号处理得到滤波信号，以此消除噪声并提取故障信息；最后，对滤波信号进行包络谱分析得到诊断结果,并利用仿真数据和实验轴承内、外圈故障数据对所提方法进行了验证。

摘要:基于实测数据，对强风作用下某大跨度膜结构进行了近地风场特性、风压特性与非高斯特性分析。该工程对大跨度膜结构进行了多点（21点）同步风压实测，同时进行同步风速风向实测。依靠这些数据得到了平均风速、平均风向、纵向、横向脉动风速、阵风因子、湍流度、风压系数、风压相关性、概率密度分布、高阶特征统计量及功率谱密度等参数。实测数据分析表明：在强风作用下大跨度膜结构膜边缘处的风压呈现出明显非高斯特性，且为峰度值大于3的超高斯随机过程；膜边缘测点上下风压呈负相关；该实测风压中低频成分幅值较大，同时，膜结构各位置所受风荷载连续冲击所隔的时间间隔相似。

摘要:针对新一代航天发射场采用全新的在线供气模式，难以有效评估单样本设备健康状态的问题，提出一种基于隐马尔可夫的设备健康状态管理与预测方法。首先，利用设备监测数据构建隐马尔可夫健康状态评估模型，通过对不同观测序列与不同观测次数下的预测准确率进行仿真，确定出最优的模型参数；其次，把实时数据代入模型，根据模型的计算结果取最小值，从而判断出设备的健康状态；最后，将当前数据与历史数据进行拟合，预测出系统的安全可靠寿命。经实际检验，该方法有效解决了单样本多状态设备的健康评估。

摘要:微细孔电火花加工过程中，电极丝与导向器间的摩擦力控制不合理极易导致电极丝断丝和电极丝振动加剧，影响加工效率和加工精度。将电极丝简化为Euler-Bernoulli梁，建立电极丝受压失稳的临界摩擦力计算模型和电极丝固有模态计算分析模型。利用建立的通用模型进行分析，得到直径为0.19mm的钨电极丝避免断丝的临界摩擦力，并结合有限元方法分析电极丝长度及摩擦力对电极丝横向振动固有频率的影响规律，进一步确定了微量进给旋转轴的临界转速。该结论可从理论上指导电火花孔加工过程中工艺参数的选择和优化。

摘要:拧紧设备在工作过程中随性能退化会出现拧紧质量随机波动和性能状态无序性增加等现象，定量刻画拧紧设备性能的随机波动性和状态无序性是评估拧紧设备性能的关键。应用信息熵和Lempel-Ziv算法对表征二者的性能指标进行复杂性测度分析，以性能复杂度评估拧紧设备的性能退化水平。首先，选取拧紧设备性能指标进行状态划分，并应用信息熵理论建立拧紧性能的复杂性测度模型，以量化拧紧设备性能的随机波动程度；其次，基于Lempel-Ziv算法对拧紧设备性能进行复杂性测度分析，给出衡量性能指标无序程度的描述方法；最后，应用实例对扭矩和角度指标分别进行测算和对比分析，验证所提方法的有效性。结果表明，扭矩和角度指标的评估结果一致表现出相似的设备退化趋势。基于信息熵和Lempel-Ziv算法的评估结果反映出不同的特点，分别从随机波动性和状态无序性两个维度衡量了拧紧设备的性能退化状况。

摘要:为了实现活齿传动在精密传动领域的应用，设计了一种大传动比微型活齿传动系统。基于行星齿轮传动的线弹性动力学理论建立了活齿传动系统的动力学模型，考虑啮合齿数变化引起的非线性效应，建立了活齿传动系统非线性动力学方程。运用谐波平衡法和正规摄动法推导出系统的非线性幅频关系及非线性共振响应方程。利用给出的任意两组活齿传动系统算例参数，分析了活齿传动系统幅频曲线随系统参数的变化规律，给出了系统在不同倍频下的共振响应。结果表明：阻尼系数ζ和啮合活齿数f对幅频曲线的影响最大，系统在ωe≈ω1和ωe≈1/2ω1时共振显著。因此，为了减小活齿传动系统振动及提高系统平稳性，应尽量减小活齿数量和波发生器偏心距。研究结果为活齿传动系统结构改进和传动效率的提高奠定理论基础。

摘要:对匀速伸展运动悬臂梁的稳定性进行了研究。采用数值方法求解梁的运动微分方程，研究自由端处位移随时间变化的情况。提出了两种判断这类时变系统失稳的方式，一是瞬态特征值方法，通过分析特征值的实部和虚部来判断梁的失稳特性；二是刚度判定方法，由刚度随时间的符号变化判断梁的失稳特性。讨论了特征值及刚度随梁长度的变化的趋势，进而判定时变系统的稳定性。用这两种方法对运动微分方程分别取一阶截断和五阶截断进行了计算，并将两种方法进行对比，结果取得了很好的一致性。

摘要:面向碾压混凝土坝流激振动问题精细化模拟研究的需要，总结了碾压混凝土坝成层结构的特性，并基于水弹性模型试验，对碾压混凝土坝的成层软弱结构模拟方法进行了研究，提出了带碾压成层结构水弹模型模拟的6条相似准则和3种碾压成层结构水弹模型的黏合模拟方式。基于频响函数原理，对5组模拟试件的冲击振动信号及频响函数进行分析，评估了不同模拟方式下试件的动力响应特性。结果表明：混凝土成层软弱结构采用由下至上分别为下层铣厚橡胶、硫化型橡胶黏合剂、低弹模薄层橡胶、硫化型橡胶黏合剂、上层铣厚橡胶的模拟方式，模拟结果符合理论规律。

摘要:针对柴油机故障诊断方法中的信号时频表征及特征提取问题，提出一种基于振动信号快速稀疏分解与二维时频特征编码识别的柴油机智能故障诊断方法。首先，为了获得时、频聚集性优良的时频图像，提出一种随分解残差信号自适应更新Gabor字典的改进匹配追踪（adaptive matching pursuit, 简称AMP）算法，利用AMP算法将柴油机振动信号分解后叠加各原子分量的Wigner-Ville分布，获取原信号的稀疏分解时频图像；然后，为提取时频图像的特征参量，提出了双向二维非负矩阵分解（two-directional，2-dimensional non-negative matrix factorization, 简称TD2DNMF）算法，用于对时频图像的幅值矩阵进行特征编码，获取蕴含在时频图像内部的低维特征，并利用最近邻分类器实现了时频图像的自动分类识别。将提出的方法应用于4种不同状态柴油机气门故障的诊断试验中，结果表明，该方法能够获得无交叉项干扰、聚集性好的时频图像，使各时频分量的物理意义更加明确，并改进了传统图像模式识别中的特性参数提取方法，是一种有效的柴油机故障诊断方法。

摘要:提出一种应用于水下探测的低频微电容超声波换能器阵列。在分析微电容超声波换能器阵列复合结构和工作原理的基础上，建立了换能器阵元和一维线阵的指向性表达式，并通过分析结构参数对指向性的影响，确定了阵列几何参数。针对微电容超声波换能器水下应用需求，研究了阵列水下封装方法，通过封装结构设计和封装材料的选取，完成了换能器阵列水密封装。同时，制定了换能器阵列性能测试方案，并搭建了相应的测试、探测系统，经测试换能器线阵-3 dB主瓣宽度为5°，最大旁瓣级为-13.5 dB，可实现水下1 m范围内的目标清晰探测。实验表明，提出的微电容超声波换能器阵列设计和封装方法合理，为改善微电容超声波换能器阵列水下探测性能提供了设计依据。

摘要:针对掘进机回转台异常检测中故障数据缺失以及故障程度划分的问题，提出一种单类学习下基于VSAPSO-BP的掘进机异常检测方法。使用支持向量数据描述（support vector data description，简称SVDD）方法对回转台健康数据进行单类学习，根据现场经验构造非健康样本数据集，以SVDD对非健康样本数据集的识别率为依据，把非健康样本数据分为故障临界数据与故障数据，提出变异自适应粒子群优化（variation self-adapting particle swarm optimization，简称VSAPSO）算法，构建VSAPSO-BP神经网络对健康、故障临界与故障3类数据进行检测，检测准确率为91.7%，与传统PSO-BP方法相比具有更高的准确性与稳定性。实验结果表明，采用单类学习下基于VSAPSO-BP的掘进机异常检测方法可以准确有效地检测掘进机回转台异常，具有较高的应用价值。

摘要:针对互补集总经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition, 简称CEEMD)在处理非平稳随机信号时能够有效地消除模态混叠，却仍然存在包络拟合过冲/欠冲和端点效应问题，提出了同伦-最小二乘支持向量双回归(homotopy least squares-support vector double regression, 简称HLS-SVDR)的保形分段三次样条(shape-preserving piecewise cubic spline, 简称SPPCS)的完备CEEMD改进方法。首先，使用SPPCS插值法消除在构造上、下包络曲线过程中产生的拟合过冲/欠冲问题，获得有效的包络线；其次，使用HLS-SVDR对各层信号极值点的包络均值曲线两端进行左、右预测覆盖以抑制端点效应；最后，将该方法用于滚动轴承的微故障特征提取的实例分析中。实验结果表明，该方法能够更有效地提取滚动轴承微故障特征，实现了一种既保持CEEMD原有特性，同时又能够抑制过冲/欠冲和端点效应的完备CEEMD算法。

摘要:为提高刮板输送运行可靠性，研究了刮板输送机纵向与扭摆耦合振动特性。基于Voigt模型和逐点张力法建立刮板链条体系的扭摆振动分析模型，研究货载激励作用下激励作用点前后方有无物料的刮板链条体系扭摆振动特性。以求解可靠性和精度为前提，研究物料装载工况的扭摆振动影响区域和衰减特性，确定沿线不同区段扭摆振动单元的刮板最大数量，构建扭摆振动缩略模型。建立刮板链条体系的纵向与扭摆耦合振动力学模型，研究货载激励作用下刮板链条体系纵向与扭摆振动特性。理论和实验研究表明：物料装载工况下，货载激励引起激励施加处最大值为119.5%的刮板速度波动和78.6%的张力波动;在货载激励单元区段内两根链条的张力差最大为8.6%，并且初始时刻无物料情况下，货载激励引起的扭摆振动更明显。

摘要:为了探索光纤光栅传感技术在双壁开口管桩贯入过程中土塞效应的适用性，采用增敏微型光纤光栅传感器，在大尺寸模型试验箱中进行了静力压桩下双壁开口模型管桩的土塞效应测试。试验模型管桩高为1065 mm，厚度为20 mm，模型材料选用铝管，管桩贯入到密实状态的砂土中。沿内、外管对称布置26个光纤光栅测点，通过改变桩靴形式，采集贯入过程土塞高度和应变数据，分析了不同桩靴形式下管桩的土塞高度、桩内和外侧摩阻力等贯入特性，研究了静压作用下管桩的土塞效应。结果表明，光纤光栅适用于双壁开口管桩的土塞效应测试要求，能准确体现管桩的应变大小及桩内、外侧摩阻力等贯入特性。

摘要:不平滑的运动指令导致数控机床进给过程中产生振动。本研究基于滚珠丝杠进给系统集中质量动力学模型，建立了伺服电机扭矩激励与进给系统响应的理论模型，分析了运动指令加速度曲线功率谱与进给系统振动响应的相关关系。针对加减速策略中存在的加加速曲线开始点和结束点不连续而引入振动激励的问题，提出一种类余弦加加速加减速控制策略，实现了加加速全过程的平滑过渡。以某滚珠丝杠进给实验台架为例，建立并实验验证了该台架的集中质量动力学模型，在此基础上建立了加减速控制策略激励特性分析的仿真模型，对加减速控制策略的激励特性进行了对比分析。仿真结果表明，类余弦加加速策略的激励特性最小，其工作台响应的功率密度是有限加加速策略的万分之一，是正弦加加速策略的1%。

摘要:针对机械环境噪声具有随机脉冲性以及传统测量指标对机械故障冲击信号识别不足的问题，提出了利用Levy噪声作为背景噪声，以峭度指标和互关联系数构造的峭度互关联（kurtosis-intercorrelation，简称KI）联合指标作为冲击信号检测的新衡量标准，对非对称双稳态系统中冲击信号的检测进行了研究。首先，在理论上分析了Levy噪声驱动下非对称双稳态系统中粒子的跃迁密度函数和KI的构造方法；其次，研究了Levy噪声特征指数α为1.5时，系统输出KI值分别跟随系统参数a和非对称因子C的变化趋势；最后，将该方法应用到了工程实际机械故障冲击信号的检测之中。仿真与实验研究结果表明，与峭度指标作为冲击信号检测依据相比，KI可使系统输出的信号特征幅值提高一倍以上；系统输出KI值随C呈现先增大后减小的趋势，非对称因子C为0.54时，系统输出KI值比C为0时提高了7.02%。工程实例数据证明，该方法能够有效提取故障信号的时域和频域特征信息，可应用到实际机械故障的检测中去。

摘要:设计了一种由压电陶瓷驱动的整体式平面3-PRR柔顺并联定位平台，平台每条支链采用半圆型柔性转动铰链和直角型柔性直线铰链代替传统的转动副和移动副，消除了传统机构的铰链配合间隙和摩擦，通过Ansys软件对两种铰链进行了刚度分析，并在支链的输入端设计了柔性杠杆位移放大机构以提高平台的工作空间。基于“伪刚体模型法”建立了柔顺定位平台的运动学模型，采用Ansys软件对柔顺并联平台进行有限元分析，得到其静力学特性，最后搭建了平台测试实验系统进行了验证实验。通过运动学模型解析结果和有限元仿真结果与实验结果对比,得到在x方向、y方向和转动角Φp的最大误差分别为10.81%，9.66%和9.79%，验证了运动学理论模型建模方法的可行性。

摘要:为了优化设备舱底板的振动疲劳特性，建立了刚柔耦合多体动力学模型，分析了在武广谱载荷谱的线路条件激励下，底板关键位置的振动和车速的关系。研究发现，车辆设备舱底板的振动总体趋势是随着速度的增加而增加，但是在250 km/h的时候，纵向振动幅值会比300 km/h的要大。根据动力学仿真结果提取出载荷的大小，进行了有限元强度分析，得到了底板的最大应力和开孔位置的最大应力。滚动台试验数据和仿真结果一致，验证了模型的正确性。最后对底板进行了优化，加厚设备舱底板的厚度。对比发现，优化后的整体最大应力由8.78 MPa减小到4.79 MPa，开孔处的最大应力由1.65 MPa减小到0.95 MPa，底板的强度性能得到了大幅度提高。

摘要:温度是影响超声固结质量的重要因素，针对固结区域温度难以直接测量的现状，通过数值模拟研究工艺参数对固结温度的影响。首先,基于Hertz接触理论和Coulomb摩擦定律分析了固结区域的摩擦功，建立了固结区域的发热模型；其次，建立了钛铝箔材的超声固结三维热传导有限元模型，并且分析了主要工艺参数对固结区域温度场分布的影响;最后，为了验证模型的有效性，建立了超声固结加工温度测试平台，通过在基板埋植热电偶的方式测量固结时的温度，发现实验结果与数值仿真结果变化趋势一致，证实了模型的有效性。

摘要:为有效应对多点风速传感器或风压传感器故障而造成的损失，同时为了降低运算的复杂性和工程应用的难度，需要提出同步恢复缺失数据的模型。传统的多通道信号诊断采用多元经验模态分解（multivariate empirical mode decomposition，简称MEMD），笔者提出多变量经验小波变换（multivariable empirical wavelet transform，简称MEWT）来同步恢复多点缺失数据。具体应用时，首先，运用MEWT将多点信号同时分解为一系列模态；然后，利用核函数极限学习机（kernel-based extreme learning machine，简称KELM）实现同步预测，同时运用杜鹃搜索（cuckoo search，简称CS）算法对模型的正则化参数以及核参数进行智能寻优。多步预测时，采用多输入多输出（multi-input multi-output，简称MIMO）策略代替传统的滚动策略。建筑物表面实测多点风压数据和实测多点下击暴流风速数据用于验证模型的可行性。与噪声辅助的多元经验模态分解核函数极限学习机的对比结果表明，该模型能更高精度地同步恢复多点多步信号。

摘要:为实现纳米级的定位精度，通过精密控制电机定/动子间的正压力和相对运动速度，以实现电机在一个周期内的精密步进运动。首先，在研究电机步进运动原理的基础上，设计了具有法向振动框特征的驱动足结构，可以获得驱动端法向振动和切向振动的独立解耦特性；其次，利用有限元法对定子驱动足进行了参数优化设计，获得了定子驱动足的主要结构尺寸；最后，制作电机样机并进行了定子振动特性实验和电机特性实验。定子振动特性实验结果表明：该电机在1~400 Hz范围内能够使得驱动阶段和回程阶段具有不同的运动特性，上述两个运动阶段的动子运动位移差即为电机的运动步距，因而该电机具有更小的位移分辨率。机械输出特性实验结果表明：该电机在1~400 Hz范围内分别具有微、纳米级步进运动特性，在1~30 Hz内电机的位移分辨率最高可达11 nm。综上，该电机在400 Hz以内能实现微纳米定位精度，电机速度最高可达63.3μm/s。