摘要:为了提升磁巴克豪森（magnetic Barkhausen noise，简称MBN）应力测量效率，提出了一种三角度磁巴克豪森测量平面应力的方法，分析了角度选择对精度的影响。为了减小标定的不确定性，提出了一种基于多维特征重构不确定性度量空间的贝叶斯标定方法。实验结果表明，当应力大于50 MPa时，采用相互间隔60°的3个角度，可实现主应力值测量误差不大于±10 MPa、方向测量误差不大于±5°。贝叶斯标定模型进一步将幅值误差降低到±5?MPa以下，并将方向测量的±5°误差带扩展到40 MPa的低应力区。该研究方法为工程中采用磁巴克豪森高效、准确测量平面应力奠定了基础。

摘要:由于在实际工程中难以获取结构随机参数充分的概率信息，动态荷载也增加了概率可靠度评估的难度，因此将移动荷载简化为准静态荷载，结合挠度曲线和位移影响线提出了准静态挠度曲面的概念，通过虚功原理推导挠度曲面的力学表达式。采用区间变量体现结构几何尺寸、材料特性与外荷载的不确定性，将挠度曲面拓展为准静态挠度区间包络面。以简支钢箱梁为例，根据梁的实测准静态挠度曲面与区间包络面之间的关系，提出了一种准静态区间可靠度指标，以评估梁损伤前后的可靠度。分析结果表明，准静态挠度区间包络面可以有效考虑结构参数与荷载的不确定性，同时区间可靠度指标值随着箱梁损伤程度的增加而降低。

摘要:针对现有方法在轴承变工况方面存在的诊断精度低、人工提取特征不充分等问题，提出了基于卷积深度置信网络（convolutional deep belief network，简称CDBN）与改进核极限学习机 （improved Kernel?based extreme learning machine，简称IKELM）的滚动轴承故障智能识别方法。首先，由卷积深度置信网络对原始信号内的故障特征进行深层自适应提取；其次，利用等距特征映射对提取的多维特征进行降维，去除冗余特征信息；然后，采用改进的核极限学习机对特征进行分类，使用粒子群（particle swarm optimization， 简称PSO）对模型重要参数进行优化，实现滚动轴承变工况下的故障识别；最后，将所提方法应用于不同工况下多种轴承故障的诊断。实验结果表明，该方法能够智能有效地识别变工况的轴承故障，诊断结果优于已有的智能故障诊断方法。

摘要:提出了一种新型行波直线超声电机结构，该电机利用2个固有频率接近的面内弯曲模态叠加形成沿周向传播的行波，从而驱动动子做直线运动。首先，基于有限元法建立了考虑定、动子三维接触的整机动力学模型，对定子结构尺寸进行设计；其次，通过该模型分析了定、动子之间的接触力传递过程、电机的驱动机理、电机稳定运行时驱动足的椭圆运行轨迹、电机的启停特性以及不同输入参数下电机的输出性能等动力学特性；最后，试制原理样机，搭建实验平台对电机性能进行测试。研究结果表明：该电机工作原理可行，机械输出性能良好；所建立的有限元模型合理，使用该模型能预测电机的性能，并进一步指导电机的设计及优化。

摘要:为研究齿面接触疲劳对齿轮副安全特性的影响，考虑直齿轮副含单/双齿啮合、脱啮和齿背接触等啮合状态，根据Hertz接触理论建立其齿面接触强度的安全条件。基于胞映射理论，计算考察域内吸引域随参数变化的演变过程。判断共存吸引子在所建安全条件下的安全特性，分析系统安全盆的演变规律，研究安全盆的侵蚀与分岔机理。结果表明：考察域内的共存吸引子在齿面接触安全条件下的安全特性不同；吸引子的出现或消失是安全盆分岔的主要原因；多初值分岔图中的跳跃和分岔导致安全盆分岔。该结果可为齿轮系统的参数选择和故障预测提供参考。

摘要:针对岩体在受外界应力时内部破裂状态靠经验难以准确判断的问题，提出了一种多特征信息融合和最小二乘支持向量机（least square support vector machine，简称LSSVM）的岩石破裂状态识别方法。首先，利用改进集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，简称EEMD）对砂岩声发射信号进行分解，得到一组有效的平稳本征模函数（intrinsic mode function，简称IMF）分量，对各IMF分量进行自回归（auto regressive，简称AR）建模，提取AR模型系数作为时域特征向量；其次，通过对双谱矩阵进行奇异值分解，分析了砂岩各破碎状态声发射信号的频域特征；最后，利用局部线性嵌入（locally linear embedding，简称LLE）进行特征约简，并将融合特征向量进行归一化处理作为LSSVM的输入，砂岩破裂状态作为输出，采用粒子群算法（particle swarm optimization，简称PSO）对参数自动寻优，实现对岩石破裂状态的诊断识别。结果表明：融合特征具有较强的鲁棒性，且相对单一时域特征识别率提高了6%。

摘要:针对电热平行梁微夹持器存在的末端夹指高温问题，首先，对电热微夹持器的传热机理进行分析，结合实验得到微尺度下的拟合传热参数；其次，对传统的电热微夹持器末端夹指设计了S型梁散热结构，使用显微红外分析仪对微夹持器对优化效果进行表征；最后，通过微球夹持实验验证了优化设计的可靠性。结果表明，空气自然对流换热系数可达到宏观状态下的60~300倍，在此数据基础上进行的优化设计可以使末端夹指温度降低约45%。该优化方案对其他材料或结构的电热微夹持器也具有一定的通用性。

摘要:提出了一种有色噪声激励下基于应变响应的工作模态参数识别方法。首先，从应变频响函数出发，将工作模态参数识别方法应用到有色激励下的应变响应信号，推导出仅利用应变响应的多自由度系统模态参数表达式；其次，对悬臂梁进行数值仿真，分析了模态识别误差并验证了该方法的有效性；最后，通过悬臂梁实验验证了在真实有色噪声环境中，该方法依然具有很高的识别精度。

摘要:针对强噪声背景下行星齿轮箱早期微弱故障难以提取以及经验小波变换对信号频率区间边界划分不恰当以及不能有效确定模态数目的问题，提出了一种基于改进经验小波变换（modified empirical wavelet transform， 简称MEWT）和自适应稀疏编码收缩（adaptive sparse coding shrinkage，简称ASCS）的早期微弱故障特征提取方法。根据信号频谱的尺度空间表示，将原始故障信号自适应地分解为一系列的窄频带本征模态分量。利用包络谱峭度（envelope spectrum kurtosis， 简称ESK）值选择敏感分量，为了进一步凸显分量中的故障信息，使用ASCS算法对敏感分量进行稀疏降噪处理，从其包络谱中即可提取到清晰的故障特征频率成分。数值仿真和实际数据分析结果表明，本研究方法能够自适应地实现故障信号的模态分解并增强微弱的故障冲击特征。此外，与经验小波变换（empirical wavelet transform， 简称EWT），EWT?ASCS和ASCS进行对比，本研究方法可有效提取包含故障信息丰富的分量，经ASCS处理后信号故障特征得到凸显，实现了行星齿轮箱早期微弱故障的准确识别。

摘要:为掌握大跨人行悬索桥（玻璃桥面）涡振特性，借助主梁节段模型涡振风洞试验，分别研究了风攻角、阻尼比、桥面粗糙度和桥面栏杆设置对主梁涡振性能的影响。结果表明：风攻角由正转负，竖向和扭转涡振振幅均增大，竖向涡振风速锁定区间基本不变，扭转涡振风速锁定区间向低风速区偏移；提高阻尼比对主梁涡振具有明显的抑制作用，且较竖向涡振对扭转涡振振幅的抑制效果更显著，但对二者风速锁定区间均影响不大；降低桥面粗糙度，竖向和扭转涡振振幅均增大，玻璃桥面的采用，使主梁涡振性能变差；桥面栏杆上设置抑流板以及将桥面栏杆间隔封闭，均能明显抑制涡振振幅并一定程度地压缩风速锁定区间，考虑到施工便利性，桥面栏杆间隔封闭更实用。

摘要:为了使风电叶片疲劳试验中的试验弯矩与目标弯矩匹配，进而准确获得叶片疲劳特性，提出了采用改进的智能优化算法进行等效配重块布置的智能优化方案。通过模态试验参数辨识确定旋转质量块激振频率应等于叶片一阶固有频率，引入叶片自重作用弯矩分量并构建截面弯矩计算模型。基于差分进化变异的混合粒子群优化算法，以均方误差为适应度函数进行弯矩分布和幅值控制问题联合优化。采用LZ40.3?1.5叶片进行优化技术应用，得出疲劳试验弯矩分布的主要影响因素为激振装置及配重块个数、质量及位置，所设计的算法将关键截面弯矩误差控制在7%以内，验证了单轴疲劳试验弯矩匹配的配重优化方案的正确性及可行性。

摘要:以我国高速无砟轨道常用的3种扣件（WJ?7B，WJ?8和Vossloh 300）为研究对象，基于轮轨宽频激励的特点，提出了一个确定扣件系统动刚度的试验方法和理论模型。根据该试验方法，采用力锤激励，在装配情况下测试了3种扣件在100~800 Hz频率范围内、不同温度（-50~10℃）条件下的动态响应，结合理论模型确定了3种扣件的动刚度。研究结果表明：WJ?8和Vossloh 300扣件的动刚度对温度的变化比较敏感，WJ?8扣件在-50℃时的动刚度比10℃时最大增加了23倍，而Vossloh 300扣件在-50℃时的动刚度比10℃时最高增加了67倍；WJ?7B扣件的动刚度则受频率的影响更大，800 Hz时的动刚度是100 Hz时的12~17倍；WJ?8和Vossloh 300扣件的阻尼比均随着温度降低而增大，在玻璃化转变温度时达到极值，此后随着温度继续降低而开始下降。该结果可为极端低温环境下的扣件设计和选择提供参考。

摘要:为了改进传统损伤检测和识别方法在精度和实用性等方面的不足，基于分形理论和图像处理技术，提出提取桥梁关键部分表观裂缝特征和分形盒维数的方法，通过建立表观裂缝分形维数和典型力学参数之间的函数关系实现损伤评估。为了验证该方法的有效性，开展 T型钢筋混凝土简支梁的疲劳加载试验。采用分形理论建立不同疲劳加载和损伤状态下的裂缝分形维数与跨中挠度、一阶频率和静动刚度等实测参数的函数，明确分形维数与损伤指数的匹配关系。结果表明，基于分形维数的损伤评估具有良好的准确性和鲁棒性，可以通过传统物理参数与裂缝分形维数的稳定函数关系对桥梁疲劳损伤进行精细化评估。

摘要:针对转速波动工况下齿轮故障难以辨识的问题，提出了一种基于核函数的多重集典型相关分析方法（kernel?multiset canonical correlation analysis，简称Kernel?MCCA），实现基于多传感信息的特征层融合，并将其应用到转速波动工况下的齿轮断齿、点蚀、磨损以及剥落故障的辨识。首先，将多传感器采集的振动信号进行小波包分解，计算能量特征矩阵；其次，利用多重集典型相关分析进行特征层融合，构建的融合特征输入到K近邻（K?nearest neighbor，简称KNN）分类器中并输出诊断结果；最后，利用齿轮振动实验台进行实验研究。结果表明，笔者所提的特征融合方法比单传感器方法识别准确率提高了5%左右，比传统的多重典型相关分析特征融合方法识别准确率提高了2%左右，可有效解决转速波动下齿轮故障状态辨识问题。

摘要:为了提高车辆动力学计算机仿真精度，研究抗蛇行减振器力学模型及其对车辆动力学性能的影响，基于可压缩流体的压力?流量特性建立了我国某高速动车组抗蛇行减振器非线性力学模型，并对其进行了试验和动力学仿真分析。结果表明：相比传统分段线性模型，抗蛇行减振器非线性力学模型能够同时体现黏性阻尼力和油液被压缩而产生的回复力，仿真计算结果与试验结果吻合良好；基于抗蛇行减振器非线性力学模型计算的临界速度会随踏面等效锥度的增加而先增大后减小，计算的横向平稳性指标较高，且随速度增加而增加的趋势更显著。研究表明，抗蛇行减振器非线性力学模型能够有效提高动力学仿真精度，对车辆的蛇行运动稳定性和横向平稳性有较大影响，但对垂向平稳性和曲线通过安全性的影响较小。

摘要:针对振动试验中振动台台面输出并非完全理想的一致基础激励，从而可能导致试验中出现非预期响应行为的问题，通过理论分析、数值模拟和试验验证，采用模态叠加理论，将振动台台面响应分解到模态空间，开展了台面非一致基础激励的表征与量化研究，并结合某典型结构的空台面、轴向及横向随机振动试验数据，从响应功率谱密度曲线和均方根值2个方面进行了台面非一致基础激励的量化。研究结果表明，振动台台面输出的非一致性是不同程度存在的，台面的弹性支撑以及试验结构的对称性等对台面输出的一致性影响较大。

摘要:为了提高低流速水流环境的俘能特性，基于涡激振动原理和压电振动能量采集技术，提出一种磁力增强涡激振动俘能器。该俘能器由压电层合悬臂梁、尾端圆柱绕流体和磁铁组成。首先，通过流?固?电耦合有限元仿真，分析了无附加磁力涡激振动压电俘能器的俘能特性，可知其低流速环境下俘能效率较低；其次，搭建流致振动俘能器实验平台，研究了磁力增强俘能器的俘能特性。实验结果表明：在横斥纵吸磁铁布置情况下，压电俘能器结构的固有频率较低，在较低流速下更容易起振，且达到涡激共振所需的流速范围较低；在磁场力的作用下其振动变形较大，输出电压较高，振动频带较宽；当水流流速为0.5 m/s时，磁力增强压电俘能器的输出功率均方根值达到120 μW，较无附磁情况的压电俘能器提高了57.8%，这表明横斥纵吸附磁式涡激振动压电俘能器在较低流速流场环境中具有更高的俘能效率。

摘要:为提高舰载设备服役期间的抗冲击性能，须在舰船和舰载设备之间安装隔冲装置。首先，以多杆并联构成的隔冲装置为研究对象，基于坐标变换矩阵，根据螺旋理论和多维隔冲的基本原理建立多杆隔冲装置动力学模型；其次，应用正则模态矩阵变换思想求解动力学方程，获得多杆隔冲装置自由响应和受迫响应解析解，并与机械系统动力学自动分析（automatic dynamic analysis of mechanical systems，简称ADAMS）的仿真响应结果进行对比；最后，对多杆隔冲装置进行落锤式冲击试验。结果表明：多杆隔冲装置能够有效隔离标准规范下的强冲击载荷，横向、纵向冲击隔离率达到97.79%，垂向冲击隔离率达到95.34%；仿真与理论结果契合度高，理论模型具有有效性；试验与仿真响应差值在3%左右，冲击隔离率随冲击载荷的提高呈增大趋势，装置在强冲击环境下仍具有良好的抗冲击能力。该结果可为多杆隔冲装置隔离舰载设备冲击载荷提供理论参考和数据基础。

摘要:为了提高结构振动响应信号时频分析及瞬时参数识别的精度，对广义S变换（generalized S?transform，简称GST）进行改进，结合同步提取算法，提出了一种新形式的同步提取广义S变换。利用单自由度Duffing非线性系统和两层剪切框架结构模型的数值算例验证了该方法的正确性。设计时变拉索试验，分别采集结构在线性和正弦拉力变化下的加速度响应信号，利用改进同步提取广义S变换对信号进行瞬时频率识别，进一步验证了该方法的准确性。数值模拟和试验结果表明，该方法能有效识别非线性结构和时变结构的瞬时频率，具有较好的稳定性。

摘要:针对图傅里叶变换（graph Fourier transform，简称GFT）方法在提取轮对轴承故障特征信号的过程中，将信号中包含的部分噪声成分提取出来，从而对故障诊断结果产生影响这一问题，提出了一种基于稀疏表示以及图谱理论相结合的轮对轴承故障诊断方法。首先，根据具有局部损伤的滚动轴承振动信号特点构造合适的过完备字典库；其次，采用正交匹配追踪法求解系数实现对振动信号的稀疏表示；最后，通过图傅里叶变换方法将信号中含有的冲击分量集中到图谱域的高阶区域，从而对轮对轴承故障进行诊断。通过仿真数据以及试验数据处理结果，对提出方法的有效性进行了验证。

摘要:获取动应力谱是对车辆结构进行疲劳分析的重要前提，其分析结果的准确性受动应力谱的完整性和充分性的影响。在保留载荷的概率分布特征的前提下，有必要将动应力测试数据从小样本外推至大样本。对转向架构架的应力谱外推和疲劳寿命评估进行了研究，并以某地铁转向架测点为分析案例。首先，对二维核密度估计（kernel density estimation，简称KDE）中最优带宽的确定方法进行了讨论；其次，提出了采用矩阵型灰色关联度分析方法对外推前后的雨流矩阵的接近性关联度与相似性关联度进行量化评价；最后，提出基于多样本核密度动应力谱外推的疲劳寿命评估方法。结果表明：与基于实测数据的评估结果相比，基于核密度外推的疲劳寿命评估结果的相对误差为-4.17%，安全运营里程减少了2.13×104 km。基于核密度估计的外推精度满足工程实践的要求，且评估结果更偏于安全，对保证车辆安全运营十分有益。

摘要:为研究前混合磨料射流冲击割缝岩石性能，将两相随机混合的光滑粒子用于模拟磨料射流，基于RHT（Riedel Hiermaier Thoma）本构模型建立了岩石割缝流固耦合数值模型。模拟和实验岩石割缝深度随射流横移速度变化规律一致，建立了数值模拟和实验磨料射流横移速度关系。岩石割缝位置中心和边缘的岩石单元损伤失效速率不同，分别呈现瞬时损伤失效和多次阶跃累积损伤特征。磨料颗粒冲击岩石概率与磨料射流浓度有关，当磨料浓度小于10%时，岩石割缝深度上升较快。岩石割缝深度随射流直径增大呈指数上升并趋于不变，后侧磨料颗粒冲击岩石作用随射流直径增大而减弱，当射流直径大于1.2 mm以后，岩石割缝深度均近似等于6.3 mm。岩石割缝深度随射流压力总体呈上升趋势，但在15 MPa~35 MPa压力范围内，磨料射流割缝岩石深度增大速率相对较低。该研究结果对前混合磨料射流横移速度、浓度、压力和直径等参数选择具有重要的指导作用。

摘要:为了直接利用神经网络从采集的全寿命振动信号中自动提取特征信息，避免对人工提取特征的依赖，提出了一种基于卷积门控循环单元（convolutional gated recurrent unit，简称ConvGRU）注意力的剩余寿命预测方法。首先，对于采集的设备振动信号预处理，输入ConvGRU注意力模型，ConvGRU通过卷积神经网络（convolutional neural networks，简称CNN）提取设备状态的空间局部特征，门控循环神经单元（gate recurrent unit，简称GRU）提取时序特征信息，从而有效提取设备状态特征；其次，利用注意力机制对特征信息分配不同的权重；然后，进行中间网络层特征输出的可视化实验，验证了本研究方法特征提取的有效性；最后，进行了2个机械设备数据集PHM2012轴承数据集和NASA发动机数据集的实验，并与已有方法进行对比。实验结果表明，笔者提出的基于ConvGRU注意力的剩余寿命预测方法预测准确性更好，并具有较好的泛化性。

摘要:针对铣削过程中刀具磨损或破损导致切削力波动剧烈，进而使得铣削过程控制难的问题，需要建立考虑刀?屑间的摩擦特性进行切削力精确微元建模。由于常数表示摩擦因数无法全面地描述铣削过程中的摩擦特性，因此以硬质合金立铣刀铣削Cr12MoV淬硬钢过程为研究对象，根据前刀面温度分布和刀?屑间相对滑移速度建立摩擦因数的经验模型。在考虑材料硬度和刀具后刀面磨损的基础上建立第1剪切区、第2剪切区和第3剪切区受力预测模型，并通过离散微元法建立整体铣削力预测模型。仿真结果与铣削实验测得的结果有很好的一致性，验证了所建立模型具有较高的预测精度，进一步证明了随着后刀面磨损宽度的增加，铣削力随之增大。该结果为Cr12MoV淬硬钢铣削加工加工参数优化提供了理论支持。

摘要:为了建立压力管道泄漏声发射衰减定位模型，需要开展压力管道泄漏声发射试验研究。由于试验管道无法按1∶1比例采用核电站压力管道原型，有必要针对相同材质和加工工艺、不同壁厚和外径的金属管道，获取声发射信号在不同壁厚的金属管道中的传播特性规律及差异，揭示金属管道壁厚对声发射波传播衰减的影响。分别采用3种不同尺寸规格的金属管道作为试验对象，运用声发射探测技术获得声发射信号沿着不同壁厚的金属管壁传播的衰减规律，揭示了金属管道壁厚对声发射波传播的影响。结果表明，管道声发射信号的衰减特性随着管道壁厚的不同而变化，在薄壁管中声发射波在传播路径中会产生模式转换，即发生频散现象，各种模式的波相互叠加使信号幅度沿着传播路径未呈单调衰减趋势，用声发射信号的衰减特性做定位时须考虑这一点。

摘要:对管道第三方活动进行振动监测和预警可以显著提高管道安全性。遵循“数据采集?样本分割?特征提取?识别模型训练?识别策略”框架，建立了基于随机森林算法的埋地管道光纤周界振动监测系统。通过长度为5.35 km的相位敏感光时域反射计（phase?sensitive optical time?domain reflectometer，简称φ?OTDR）光纤传感系统，采集了鹤嘴锄、铲子、锤子和电锤4种典型周界入侵活动的振动信号和85 h时长的环境振动信号。依据信号对比分析结果，选择合理的样本分割尺度和特征提取方法，并训练随机森林识别模型。提出了时空矩阵识别策略用于识别模型的结果修正，减少了99.59%的系统误报。在测试中，光纤周界振动监测系统的识别率为94.87%，误报率仅为0.013 9%，这说明该系统能够抵抗城市中常见的环境振动干扰。

摘要:轨道线路的轨距及磨耗检测是保障列车运营安全的一项关键技术，传统的人工检测效率较低，大型轨检车检测及维护成本高，使得在轨道日检维护中缺少有效的设备及方法来满足轨道线路检测需求。为了解决此问题，提出了一种用于便携式轨检小车的轨距及磨耗检测方法。首先，基于光平面方程、机器视觉三维重构理论及相机标定技术构建了激光视觉检测模型及系统标定方法，获取了同一世界坐标系下的轨道左右轨轮廓线三维坐标值点集；其次，利用改进最近点迭代匹配算法，实现测量数据点集与标准钢轨点集匹配，计算得到轨距及磨耗值；最后，搭建测试系统进行实验验证。结果表明，该方法的最大测量偏差小于0.1 mm，能够满足轨道线路日常检修及维护要求，为列车安全运行提供了技术保障。

摘要:针对原始振动加速度信号中存在的低频趋势项信号在通过数学积分变换时存在严重失真的问题，提出了采用最小二乘法（least squares fit，简称LSF）和经验模态分解（empirical mode decomposition，简称EMD）相结合的方法，实现过滤原始信号中干扰信号的目的。该方法通过对经验模态分解得到的固有模态函数（intrinsic mode function，简称IMF）去除趋势项后进行重构以达到信号降噪的目的。采用该方法分别对模拟信号和某型号干式真空泵的振动实测数据进行了降噪处理，再进行信号积分变换，通过对比证明了该方法能够弥补单一方法在处理信号低频趋势项时的不足，提高了振动信号分析的可靠性。