摘要:矿井提升机在高速重载的运行工况下，由于钢丝绳自身误差以及外界干扰会产生钢丝绳的振动，很大程度上影响钢丝绳的使用寿命和乘坐人员的舒适性。针对此问题，以摩擦式提升机为研究对象，应用Hamilton原理建立系统的动力学模型，采用自适应鲁棒理论设计了提升钢丝绳纵向振动抑制边界控制策略，并以Lyapunov理论证明了所设计控制器的稳定性。仿真结果表明，所设计的自适应鲁棒控制器能有效地补偿钢丝绳弹性形变引起的振动位移偏移，同时获得了比传统比例-积分-微分（proportion integration differentiation，简称PID）算法更快速的振动抑制收敛速度。

摘要:基于分形理论将动、静环端面的接触简化为粗糙表面与理想刚性平面的接触，讨论了接触式机械密封端面形貌的表征方法，建立了接触式机械密封的磨损模型。根据建立的模型，分析各分形参数、材料参数及工作参数对磨损的影响，并，将所建模型与实验数据进行对比，验证了模型的合理性。结果表明：接触式机械密封分形维数D与其磨损率γ呈浴盆曲线的关系;特征长度尺度参数G、端面比载荷pg、转速n与其磨损率γ成正比；接触式机械密封的综合弹性模量E与其磨损率γ成反比。

摘要:针对两种布置形式（水平布置和对角布置）的串列双方柱，通过同步测压风洞试验，在雷诺数为Re = 8.0×104、间距比为P/B = 1.75 ~ 5.00（其中P为方柱中心间距、B为方柱边长）条件下，得到了两种布置形式串列双方柱的表面风压，重点研究了对角串列双方柱的气动力、风压分布、Strouhal数等气动性能随方柱间距的变化规律，并与水平串列双方柱进行比较。水平串列双方柱的气动力在P/B = 3.00 ~ 3.50时会发生跳跃现象，下游方柱的平均阻力由负值突变为正值，而对角下游方柱平均阻力系数则均为负值。结果表明：当P/B<3.00时，对角串列双方柱的平均和脉动气动力系数、最大平均负压强度和脉动风压系数均大于水平串列双方柱，而当P/B > 3.00时则情况相反；对角串列双方柱的Strouhal数明显小于相同间距下的水平串列双方柱，且在P/B <3.00时对角串列双方柱的升力功率谱出现了多个峰值。

摘要:针对柴油机的故障诊断问题，提出了一种基于变分模态分解（variational mode decomposition，简称VMD）与核模糊C均值聚类算法（kernel fuzzy C-means clustering，简称KFCM）联合的故障诊断方法。首先，针对VMD算法中分解层数K的选择问题进行了自适应优化；然后，从优化VMD算法的分解结果中选取3个关键分量计算最大奇异值，并将其作为3维的特征向量输入KFCM算法中进行分类识别；最后，对仿真信号以及某型柴油机的模拟故障实验信号使用优化VMD、传统VMD和经验模态分解（empirical mode decomposition，简称EMD）方法分别进行分解与识别。结果表明，笔者提出的方法明显改善了模态混叠现象，提高了模式识别的诊断正确率，提出的联合算法具有更好的应用前景。

摘要:自由活塞斯特林发动机运行频率是发动机的关键参数。区别于传统的曲柄连杆斯特林发动机，自由活塞斯特林发动机的运行频率由系统充气压力、动质量、弹簧刚度、阻力系数等热动力学参数耦合确定，因此确定自由活塞斯特林发动机的运行频率较为复杂。为了能够定量计算自由活塞斯特林发动机的运行频率，笔者建立了耦合发动机热动力学参数的数值模型。首先，在模型中对压力波进行线性化处理，得到了自由活塞斯特林发动机运行频率的计算公式；然后，运用模型分析了主要参数对发动机运行频率的影响规律，并与实验结果相对比，发现模型计算结果较为准确；最后，分析了当板弹簧刚度大幅度增加时，发动机的运行频率却变化较小，主要原因在于原有板弹簧的最高自然频率较低。结果表明：优化设计了新的板弹簧，使发动机运行频率大幅度升高，在采用新的板弹簧之后发动机的运行频率从原来的35 Hz提高到60 Hz。

摘要:针对非线性时变系统提出一种基于子系统的辨识方法，用于时变多自由度（multiple degree-of-freedom，简称MDOF）系统中非线性的定位和估计，并且无需关于系统的先验知识。所提出的新方法提供一个连续时间模型，MDOF系统按照自由度被分解为不同的子系统。设计正交化算法和误差减小率（error reduction ratio, 简称ERR），可以确定子系统中质量和自由度之间的线性及非线性连接的所有信息。在辨识过程中，时变参数的时间表达式可以由新方法准确给出。用一个3自由度（degree-of-freedom, 简称DOF）集中质量系统和一个机械臂结构的辨识过程为例，对所提出的方法进行验证。由于简单性及高效性，此方法将在实际工程中取得广泛的应用。

摘要:基于Euler-Bernoulli梁理论，综合考虑了抗弯刚度、长度、减振垫、附加质量、弹性支承、黏性护套和环境温度等因素的影响，建立了吊杆张力与振动频率的解析表达式。首先，提出了边界影响系数法，针对不同边界条件计算拱桥吊杆边界影响系数，给出了边界影响吊杆张力实用表达式；然后，以刘江黄河大桥为例进行验证，利用在综合考虑多因素影响的解析表达式计算吊杆张力时，长吊杆张力计算最大误差为1.10%，中、短吊杆张力计算最大误差不超过1.12%；最后，利用边界影响实用表达式计算吊杆张力时，最大相对误差不超过2.38%。结果表明:考虑温度影响时，采用复杂边界条件下的解析表达式计算精度提高了11.39%，采用实用表达式计算时精度提高了11.38%。边界影响系数法建立的实用表达式计算精度较高，且为显式形式，实用性强。

摘要:提出了一种宏压电纤维复合材料(macro fiber composite, 简称MFC)致动的仿鲹科身体/尾鳍(body or caudal fin,简称ＢＣＦ)水下推进器。利用搭建的实验平台测试了不同驱动电压条件下推进器的摆动性能，推进器在峰峰值为1 000 V，频率为17.7和3 Hz的激励电压下分别取得空气中最大摆幅峰峰值为45 mm，水下最大摆幅峰峰值13 mm。借助计算流体力学(computational fluid dynamics,简称ＣＦＤ)研究了仿生推进器在稳定摆动过程中流场特性和尾迹旋涡的分布情况，从推进器端部观察到的“反卡门涡街”结构揭示了仿生推进器的流体动力学机制和摆动式推进机理。推进器端部在x方向上的平均推进力可达1.5mN。研究成果对压电纤维致动器在仿生推进器的优化设计和提高其推进效率提供技术支持

摘要:根据轴力变化对悬臂式结构固有频率的改变规律，设计一种由压电材料驱动的刚度自调谐动力吸振器。首先，研究适用于这类吸振器的半主动控制方法，分别采用逐步寻优和遗传控制算法对吸振器固有振动频率进行实时调节；其次，结合实际受控系统进行动力学仿真分析；最后，在获得有效振动抑制的基础上进一步将吸振器应用于风洞测力模型的振动控制试验研究。试验结果表明：吸振器能够将风洞测力模型端部振动抑制效果提高至40dB以上，与其他类型的振动控制器相比具有更为优异的动力学性能。

摘要:提出基于强化学习三态组合长短时记忆神经网络(reinforcement learning 3-states combined long and short time memory neural network, 简称RL-3S-LSTMNN)的旋转机械状态退化趋势预测新方法。笔者提出的RL-3S-LSTMNN中，采用最小二乘线性回归方法构造单调趋势识别器，将旋转机械整体的状态退化趋势分为平稳、下降、上升３种单调的趋势单元，并通过强化学习为每一种单调趋势单元选择一种隐层层数和隐层节点数与之相适应的长短时记忆神经网络，提高了RL-3S-LSTMNN的泛化性能和非线性逼近能力，使所提出的状态退化趋势预测方法具有较高的预测精度。用不同隐层数、隐层节点数和３种单调趋势单元分别表示Q表的动作和状态，并将长短时记忆神经网络(long and short time memory neural network, 简称LSTMNN)输出误差与Q表的更新相关联，避免了决策函数的盲目搜索。结果表明：提高了RL-3S-LSTMNN的收敛速率，使所提出的预测方法具有较高的计算效率；滚动轴承状态退化趋势预测实例验证了该方法的有效性。

摘要:为了探索离心泵运行工况与电机定子电流之间的关系，通过数值模拟分析了不同运行工况下的离心泵水力负载转矩特性，可知水力矩呈周期性变化，均值随着流量的增大而增大，水力矩脉动强度均方根随着运行工况偏离设计工况而增大。通过理论分析可知，转矩特征将以工频调制方式反映在电机定子电流中。通过试验测得了电机定子电流，计算了定子电流均方根，并用奇异值分解法（singular value decomposition，简称SVD）消去电网工频信号，实现反映离心泵运行状态的电流特征提取。结果表明：定子电流均方根（root mean square，简称RMS）与水力负载转矩的均方根变化特征一致。根据计算处理后的定子电流总谐波失真(total harmonic distortion，简称THD)可知，THD呈现出随离心泵运行工况偏离设计工况而增大的趋势。

摘要:为实现利用单一通道信号通过同一方法区分多种发动机故障的目的，笔者对现有算法进行了优化以提取振动信号中的故障特征。首先，针对变分模式分解（variational mode decomposition,简称VMD）的分解层数选择困难问题，文中以几种不同类型故障的频率特征为基础，优化了其中心频率迭代初始值，在保证准确性的前提下提高了算法的计算效率与简便性；然后，利用鲁棒性独立分量分析（Robust independent component analysis,简称Robust ICA）对VMD处理结果再次分解，分析发动机中可能存在的不同振源的同频率信号，并将两个阶段分解结果重构信号的四阶累积量作为故障判定指标。结果表明：以模糊C均值聚类（fuzzy C-means clustering,简称FCM）确定的聚类中心为参考点，利用各个工况点与喷油故障聚类中心的欧氏距离区分故障类型，取得了较高的正确率。

摘要:为了实现飞机载荷谱飞行实测中对温度参数的精确测量，设计了一种应变解耦增敏式光纤光栅（fiber Bragg grating,简称FBG）温度传感器。通过力学建模分析设计新的传感器结构，对传感器的光纤光栅进行增敏处理，选取铝7075-T6为基底进行全覆盖式封装，提出光纤光栅封装位置与结构件之间无直接接触方式，排除结构形变对温度传感器带来的影响。经标定测试传感器温度灵敏速度为40.4 pm/℃，是普通光纤光栅的4倍。搭建实验系统进行其性能探究以及在拉伸实验机上进行解耦特性验证，拉伸实验件的变形对该温度传感器没有影响，与理论分析相符，最终将传感器贴于飞机座舱中进行实际工程应用。实验表明，传感器测得的温度差最大不超过±1 ℃，表明设计的传感器可以用于实际温度测量中，满足在飞机载荷谱飞行实测中温度参数精确测量的需求。

摘要:阐述了液压活塞式惯容器的基本结构、工作原理与承载力大的特点，建立了考虑摩擦力、寄生阻尼力和油液弹性效应的惯容器非线性力学模型。在数控液压伺服激振台上对液压活塞式惯容器进行了力学性能试验，基于试验结果，利用Matlab参数辨识工具箱对非线性力学模型中的参数进行辨识。在此基础上建立了包含液压活塞式惯容器非线性因素的车辆惯容器弹簧阻尼器（inerter-spring-damper，简称ISD）悬架动力学模型并进行了仿真分析。结果表明，当考虑液压活塞式惯容器非线性因素时，车辆ISD悬架系统的车身加速度均方根值增加5%，而轮胎动载荷与悬架动行程均方根值均有所减小,降低了车辆的行驶平顺性。

摘要:针对利用机械振动信号进行设备故障诊断和状态监测过程中，存在采样数据量多、存储容量大、传输带宽高和信号重构精度低等问题，提出一种稀疏度拟合的自适应机械振动信号压缩感知方法。首先，对机械振动信号进行多尺度小波包变换，再将小波包系数按一定阈值进行置零处理并求取其稀疏度；然后，采用迭代方法求取各稀疏度下满足重构信号精度条件的最低采样率，并对信号的稀疏度和采样率采用最小二乘法进行拟合，消除信号测量误差，求取最佳信号采样率；最后，采用K-奇异值分解算法构造与各信号块相适应的过完备字典，并利用正交匹配追踪算法实现信号重构。实验证明，与传统压缩算法相比较，该算法的信号压缩率和重构精度均得到较大提高。

摘要:针对某乘用车发动机转速在1 573 r/min，压缩机开启时车内噪声异常的问题，对样车进行试验分析与诊断，对压缩机-支架系统进行仿真分析，提出改进方案并验证改进效果。利用LMS声振信号采集系统采集振动噪声数据，采用频谱分析、阶次追踪等方法，并结合压缩机-支架系统模态仿真结果，确定车内异常噪声是压缩机轴频21阶与压缩机-支架系统3阶模态频率接近发生共振造成的。通过优化支架结构来提高压缩机-支架系统3阶模态频率以此来避免共振，并换装橡胶驱动盘缓和压缩机输入扭矩波动。将改进结构进行整车试验，结果表明：匀速工况空调开启时问题转速下，车内噪声降低了2.5 dB(A)；匀加速工况空调开启时发动机转速1 500~1 650 r/min区间，车内噪声无峰值，其余转速空调开启时改进前/后车内噪声基本不变，噪声波动趋势平缓。

摘要:为了研究不同截齿载荷条件下（锐利截齿和磨钝截齿）掘进机截割头和悬臂系统的动力学特性，建立了掘进机截割头-转子-轴承系统的弯扭耦合非线性动力学模型。考虑截割头和转轴之间的花键啮合间隙、滚动轴承接触的非线性因素影响下，推导了掘进机截割头转子系统的动力学微分方程。然后对受到时变载荷下的截割头转子系统动态响应特性进行了分析:在锐利截齿条件下，截割头转子系统在低转速n∈［15，20］时处于混沌和拟周期运动状态，提高转速后系统处于周期运动状态;在截齿磨钝条件下，截割头转子系统的振动明显加剧，混沌运动范围增大，频率幅值波动明显。结果表明：在给定截割煤层硬度、切削厚度等前提下，随着截割转速的升高，系统由混沌运动向周期运动转变。动态分析结果为掘进机的减振和动态设计提供了理论依据。

摘要:在曲面模具拼接区域球头铣刀铣削过程中，刀具载荷变化大，瞬态铣削力有突变现象，影响模具拼接区域的加工精度和表面质量。为了预测拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力，首先,建立考虑冲击振动的球头铣刀三维次摆线轨迹方程，得到瞬时未变形切屑厚度模型；然后,基于铣削微元的思想，建立凸曲面双硬度拼接模具球头铣刀的瞬态铣削力模型，该模型能够综合考虑拼接区冲击振动、硬度变化、刀具工件切触角度变化对瞬态铣削力的影响；最后,进行凸曲面拼接区域球头铣刀铣削加工实验。实验结果表明，预报的瞬态铣削力和实验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性，在平稳切削时最大铣削力预测误差值基本在15%以内，验证了该模型能有效地预报凸曲面模具拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力。

摘要:提出了基于变分模态分解和广义Morse小波相结合的时变结构瞬时频率识别方法。首先,针对噪音干扰问题，提出了快速阈值迭代算法，通过将信号转换到小波域，利用信号稀疏特性进行降噪;然后,提出了基于变分模态分解和广义Morse小波的时变参数识别理论，采用数值算例验证了提出方法的有效性和精度;最后,设计了一个具有时变特性的移动小车试验，进行模态试验对结构有限元模型进行校正。采集小车通过主梁时的应变和加速度响应，由应变数据估算小车不同时刻在梁上的位置，对加速度响应数据进行分析识别结构的瞬时频率，与有限元计算的结果进行对比分析。结果表明，提出的方法可以有效准确地识别时变结构瞬时频率。

摘要:在舰载隔离系统中安装限位器可有效限制设备的最大相对位移，但传统橡胶限位器易对系统产生严重的二次冲击。首先，建立了液压限位器的数学模型，并通过杜哈梅积分法对隔离系统的冲击响应特性进行了仿真分析;然后，设计了带液压限位器的隔离系统试验装置并进行了冲击测试试验，比较了不同限位器参数对抗冲击效果的影响;最后，对比分析了液压限位与橡胶限位隔离系统的冲击响应特性，与无限位的隔离系统相比，液压限位可减小近60%的最大相对位移响应,存在一个最佳节流孔孔径，可使系统获得最佳隔振效果。研究结果表明：与传统橡胶限位隔离系统相比，在相对位移响应近似相等的条件下，加速度响应可降低44.5%，大幅提高舰载设备的抗冲击性能。

摘要:为解决光电倍增管（photomultiplier tubes，简称PMT）水下防爆试验系统的故障诊断问题以及故障发生概率存在模糊不确定性的特点，应用模糊集数学方法和可能性理论，把模糊数学和故障树模型相结合，提出一种基于三角形模糊数算法的PMT试验系统失效模式分析方法。根据试验系统工作原理，采用下行法建立故障树并对其进行定量分析，获得了顶事件的结构函数及多种失效模式，进而利用专家语言评价法，计算顶事件发生的模糊概率和各底事件的模糊重要度，得到了PMT试验中故障发生率较高的环节，最后对故障分析结果进行改进测试。结果表明，该方法能够准确地诊断出存在的故障，为PMT防爆试验系统进行故障诊断以及提高PMT保护罩的水下防爆性能提供参考依据。

摘要:为揭示平台式振动时效对结构件材料表面完整性性能——表面残余应力、硬度及微观组织的影响，以7075铝合金薄壁件为研究对象，运用ANSYS构建平台式振动时效(vibration stress relief, 简称VSR)有限元模型，通过模态分析获得最佳激振频率和试样装夹位置。在此基础上，将3个薄壁框架件置于平台不同位置进行VSR处理，得到其试样表面应力的松弛效果。结果表明：亚共振频率为112 Hz时，在激振源的中间位置和最大振幅位置处试样应力释放效果最好，其应力释放率最大为27%；电子背散射衍射（electron backscattered diffraction，简称EBSD）电镜观察发现，时效后表面组织晶粒存在明显取向区变化，晶粒成长带来能量的变迁以及位错的增殖，再结晶晶粒的增多提升了表面性能，使得材料表面硬度得到10%~17%的强化。研究表明，平台式振动时效能够改变和优化材料表面完整性。

摘要:为提高海洋平台结构的抗冰能力，提出一种新型中空夹层金属管混凝土导管腿构件。通过理论分析、数值模拟和试验相结合，研究不同外钢管材料（Q345钢、奥氏体304级不锈钢和T6061铝合金）对中空夹层钢管混凝土构件的影响。通过单次冲击和连续冲击两种加载方式进行加载，并与钢质空心导管腿进行对比，试验结果发现：组合构件抗冲击性能优于空管构件，铝合金组合构件整体抗冲击能力较差，不锈钢单次冲击作用下极限承载能量高达18.83 kJ以上，小能量连续冲击作用下承载冲击次数最多，不锈钢组合构件抗冲击力学性能最好。结合有限元ABAQUS软件，对单次冲击构件建模并得出计算结果，与试验结果基本吻合。

摘要:为研究动静干涉下轴向间距和尾缘锯齿结构对低压涡轮叶片非定常气动载荷的控制作用，对高效节能发动机(energy efficient engine，简称E3)低压涡轮最后一级的内部流场进行了数值仿真，研究了不同轴向间距和静叶尾缘锯齿结构两种情况下，下游动叶表面非定常气动载荷的变化规律。研究发现：增大轴向间距可以加强尾迹与主流的掺混，消除气流不均匀性，削弱下游动叶表面的非定常气动载荷；静叶采用尾缘锯齿结构不仅可以加强尾迹与主流的掺混，同时还会改变尾缘处的涡结构，对下游动叶前缘产生破坏性干涉效应，使其最大载荷波动降低约30%，减少静叶尾迹速度亏损75.7 m/s，还能适当提升涡轮的流通能力和时均效率。与采用直尾缘静叶的模型相比，采用锯齿尾缘静叶不仅能大幅度地改善涡轮的转静干涉效应和气动性能，还能在不影响涡轮效率的前提下，将涡轮轴向间距缩短10%。

摘要:针对高速列车牵引变流器冷却滤网状态异常引发的牵引变流器故障问题，通过综合分析牵引变流器故障分类和滤网堵塞程度之间的相关性，提出一种基于多任务深度学习的故障诊断方法。首先，构建了包含牵引变流器故障诊断主任务及滤网堵塞程度子任务的多任务深度神经网络（multi-task deep neural networks,简称MT-DNN）；然后，为了准确预测牵引变流器失效退化趋势，将多任务深度神经网络预测结果与自组织映射（self organizing map,简称SOM）方法结合，构建了多任务深度神经网络自组织映射模型（multi-task deep neural networks self-organizing map,简称MTDNN-SOM），该方法根据历史故障数据特征变量演化规律定义退化状态曲线，直接反映故障特征量和退化状态之间的关系，最终实现了牵引变流器滤网脏堵故障诊断和维修预测。试验结果表明，该方法在精度和效率上都明显优于单任务或传统故障诊断方法，得到了较好的效果。

摘要:为了提高夹心式压电驱动移动系统的机械输出性能，提出了一种U型预压力调节机构，并开展了预压力对夹心式压电驱动履带移动系统输出性能影响关系的实验研究。首先，针对U型预压力调节机构的安装对夹心式压电振子的振动特性影响关系开展了有限元仿真分析，发现U型预压力调节机构始终处在夹心式压电振子的两相工作模态振动节点位置；其次，开展了夹心式压电驱动履带移动系统的原理样机的预压力调节测试实验，确定了系统的最大输出牵引力及其所对应的最佳预压力；最后，在最佳预压力工作状态下，开展了原理样机的牵引力特性、越障性能以及模拟月壤环境下的运动特性实验。研究结果表明，在最佳预压力工作状态下，夹心式压电驱动履带移动系统的机械输出性能最佳，为其进一步在月面巡视器上的应用提供了技术支持和试验基础。

摘要:针对现有数据驱动型轴承健康状态评估方法普遍存在的特征信息损失大、泛化能力弱和数据依赖强等问题，提出了一种面向高熵特征数据的变分自编码器(variational auto--encoder, 简称VAE)轴承健康状态评估模型。该模型通过学习健康状态下轴承振动信号频谱在特征空间中的高维潜在概率分布，实现对轴承运行健康状态的定量评估。首先，对基于VAE的健康状态评估模型进行理论阐述；其次，建立基于变分证据下界的状态评估指标；最后，通过对比实验证明：变分自编码器在处理轴承运行状态评估方面具有良好的准确度，对异常状态更为敏感；无需人为提取特征和复杂的参数设置，不需对特定的系统进行针对性的参数设置和调校；在小容量训练数据集上仍具备良好的鲁棒性，在工程应用上具有一定的推广价值。