摘要:随着物联网和通信技术的快速发展，现代工业装备海量运行数据被实时监测传输，推动装备服役阶段的故障预测与健康管理进入大数据时代。面对具有不确定性强、价值密度低及多源异构特点的装备运行大数据，传统浅层模型算法存在难以自主挖掘数据蕴含特征、对装备健康状态表征能力弱的先天不足。近年来，作为机器学习领域的研究热点，深度学习理论得到了学术界与工业界的广泛关注，相关的工业装备故障预测与健康管理（prognostics and health management， 简称PHM）研究与应用层出不穷，为解决大数据背景下的故障预测与健康管理难题提供了新的思路和技术手段。为此，笔者回顾了工业装备故障预测与健康管理技术发展历程；从异常检测、故障诊断以及故障预测3个方面综述了深度学习已取得的研究成果；讨论了深度学习在当下工业装备故障预测与健康管理中的热点话题；分析了该研究方向在工程实际中面临的挑战，并探讨应对这些挑战的有效措施和未来发展趋势。

摘要:基于传统Helmholtz共振消声器提出了一种机械耦合式共振消声器结构，以改善传统共振消声器的声学性能。该消声器的共振腔中内置附加有质量块的柔性板结构，将共振腔分隔为上下2部分腔体。入射的声波激励起柔性板结构的振动，与上下腔体相互耦合形成新的2自由度系统，从而将传统Helmholtz共振器的共振峰一分为二。基于理论分析柔性板附加质量块，以使其振动特性更具有可调性。同时，借助有限元软件分析其结构参数对消声器声学特性的影响规律，并通过实验验证结构的有效性。

摘要:为了研究速度脉冲地震动作用下巨?子结构体系的动力性能，制作了巨?子结构抗震体系及隔震体系的试验模型，首先，选择2组具有速度脉冲特性的实际地震动记录及人工合成的具有相同加速度反应谱而无速度脉冲的地震动时程作为地震动输入，分别对巨?子结构抗震体系及隔震体系进行了振动台试验；其次，利用SAP2000对试验模型进行了仿真分析，并与振动台实测结果进行了对比。结果表明：仿真分析与试验实测结果具有一定的误差，但结构响应的整体变化趋势一致；不论是理论计算结果还是试验实测结果，近断层地震动速度脉冲作用下巨?子结构抗震体系及隔震体系的地震响应要大于无速度脉冲型地震动作用下的地震响应；与巨?子结构抗震体系相比，隔震体系在速度脉冲地震动作用下的反应降低明显，具有良好的减震效果。

摘要:为了提高电动静液压（electro hydrostatic actuator，简称EHA）主动悬架在时变时滞下的减振效果，提出了一种自适应Smith反馈时滞控制策略。首先，建立了含时滞的EHA主动悬架模型，根据时滞微分方程理论得到可控阻尼与临界时滞的关系，分析了临界时滞下时滞对悬架系统动态特性的影响；其次，以遗传算法优化得到的最优时滞反馈系数及时滞量为补偿参考，采用自适应Smith反馈时滞控制对时滞主动力进行补偿；最后，仿真分析了自适应Smith反馈时滞控制策略下悬架的动态特性，开展了EHA主动悬架时滞控制台架试验。结果表明：自适应Smith反馈时滞控制下的悬架动态特性得到改善，有效降低了时滞对EHA主动悬架的影响。

摘要:围绕金属-非金属结构区域性损伤诊断机理和损伤概率诊断方法展开研究，首先，采用压电阻抗理论，基于机电耦合原理提取结构?传感器机电阻抗的特征参数，设计稀疏传感阵列获得损伤累积程度与特征参数之间的对应关系；其次，构建损伤累积程度的高斯概率诊断模型；最后，通过少量传感器，判定损伤区域和损伤累积程度。实验结果表明，损伤特征参数随损伤的发展变化显著，概率诊断模型较好地反映了损伤区域和损伤累积程度。

摘要:由于非线性描述函数选定困难，在不同激励水平下会导致时域非线性子空间辨识过程重复繁琐。针对此问题，基于不同激励水平下时域非线性子空间方法重构的非线性恢复力数据和测量的非线性位置响应数据训练神经网络模型，等效代替响应?非线性恢复力映射关系，使得辨识过程不再依赖系统模型，只需已知非线性位置的响应即可获取非线性恢复力，计算效率得以提高。针对非线性系统外载荷难以测量的问题，利用响应?非线性恢复力映射关系的神经网络模型预测非线性恢复力，进一步提出基于神经网络和子空间法的载荷识别方法，并通过间隙非线性结构的数值与实验研究验证了所提载荷识别方法的有效性和可行性。

摘要:为计算波形腹板钢箱?混凝土组合梁桥的弯曲自振频率，以兰州景中高速机场连接线的某座装配式波形腹板钢箱?混凝土组合梁桥为工程背景，采用有限元数值模拟和现场试验的方法对其动力性能进行了研究。首先，运用ANSYS软件建立了波形腹板钢箱?混凝土组合梁桥的有限元模型，模型的正确性得到了现场试验的验证；其次，分析了该桥在不同参数影响下自振频率和振型的变化规律。结果表明：使用本研究建模方法建立的有限元模型可以精确地模拟实际桥梁结构；相较于K型和方钢型横联，工字钢型横联可以更好地提高桥梁的整体刚度；横隔板间距在规范要求的范围内对桥梁自振频率的影响较小；波形钢腹板的厚度对桥梁扭转自振频率影响较大，其次是弯曲自振频率；弯曲自振频率拟合公式计算值与ANSYS计算值的差值在0.23%~1.89%不等，精度较高。研究结果可为该型桥动力特性分析提供参考依据。

摘要:随着中国铁路的快速发展，钢轨的服役寿命对于降低铁路运行成本、提升运营安全显得日益重要。以高速铁路常用的U71Mn钢轨材料为对象，研究其存在疲劳裂纹时不同初始应力强度因子条件下的振动疲劳寿命并分析其破坏机理。结果表明：不同初始应力强度因子对于U71Mn钢轨的振动疲劳寿命影响较大；振动疲劳裂纹在U71Mn钢轨当中的扩展机理与静态疲劳也有所区别。在疲劳瞬断区，振动疲劳断口河流花样更密集，韧窝更大更深；在疲劳裂纹扩展区，初始应力强度因子较大时低周疲劳损伤机制占主导，初始应力强度因子较小时则高周疲劳损伤机制占主导。

摘要:为了更精确辨识多面转子轴系的失衡参数，采用适用于复杂非线性求解问题的粒子群优化算法替代失衡参数辨识反问题求解过程。在使用粒子群优化求解时，引入混沌优化思想，分别对权重因子和迭代规律进行调整，提出了混沌权重粒子群优化（chaos weighted particle swarm optimization， 简称CWPSO）和双混沌粒子群优化（double chaos particle swarm optimization， 简称DCPSO），并与标准粒子群优化（standard particle swarm optimization， 简称SPSO）和异步自适应粒子群优化（asynchronous adaptive particle swarm optimization， 简称ASPSO）进行了仿真对比，结果显示，DCPSO的平均误差最小为2.86%，稳定性最佳。采用DCPSO在本特利RK4实验台上进行失衡参数辨识及振动抑制实验，结果表明，在转速为2 040 r/min时，该算法对多面转子轴系失衡参数辨识效果最佳，由失衡引起的振动抑制率达95%左右。

摘要:为了研究独立旋转车轮转向架簧下轴桥的弹性特性对整车动力学性能的影响，以某型100%低地板车整车为研究对象，在建立其多刚体模型的基础上，考虑轴桥的振动弹性特性，进一步建立了3模块整车刚柔耦合动力学模型。在轨道随机不平顺激扰下开展整车动力学性能对比分析，发现刚柔耦合模型较多刚体模型轮轴横向力和脱轨系数升高，轮轨垂向力和轮重减载率降低。轴桥振动响应的计算结果表明，刚柔耦合模型的轴桥横向振动响应较多刚体模型幅值降低约15%；轴桥弹性特性分析结果显示，当轴桥结构垂向自振频率在15~25 Hz之间时，其模态振型会被轮轨动态作用激发，从而对整车动力学性能产生较大影响。在此研究基础上，开展了轴桥结构的轻量化设计，在保证整车动力学性能的约束条件和结构强度的前提下，优化了其几何截面并将其质量降低了约15%，在一定程度上为100%低地板车的轴桥设计提供了工程借鉴。

摘要:针对矩形舵面结构应变模态测试中信噪比低、模态阶次遗漏等问题，研究了应变传感器的优化布置方法。首先，建立应变传感器布置的动力学模型；其次，基于应变振型，研究了有效独立法（effective independence， 简称EI）、MinMAC法（minimize modal assurance criteria，简称MinMAC）和奇异值分解法（singular value decomposition，简称SVD）的应用；最后，利用振动台对矩形舵面模型进行了实验验证。结果表明：测点优化前，应变响应信号缺少第2阶模态信息，应变振型向量正交性差；测点优化后，根据应变响应信号能够准确识别第2阶固有频率和阻尼比，振型向量的正交性得到改善。该优化后结果验证了传感器优化布置的必要性和有效性。

摘要:针对常规方法对大坝变形原位监测数据中奇异成分的诊断效率较低问题，综合应用主成分分析（principal component analysis，简称PCA）和协整分析（co-integration analysis，简称CA），提出一种新方法。首先，基于PCA，构建平方预测误差（squared prediction error，简称SPE）统计量，结合假设检验，提出奇异成分辨识准则；其次，依据CA，运用拓展的迪基?福勒（augmented Dickey?Fuller，简称ADF）检验和逐步回归法，建立奇异成分似然估计模型；最后，通过工程实例分析，检验方法的有效性。结果表明：PCA、拉依达、狄克松和t准则分别可辨识出相对误差为3.81%，7.61%，7.61%和5.08%的孤立型奇异；CA模型对斑点型奇异的估计精度最高，其次是统计模型，自回归模型最差，复相关系数分别为0.994 5，0.871 5和0.743 2。与常规方法相比，PCA-CA方法性能有较大提升，可为大坝变形奇异诊断提供有效的途径。

摘要:为有效监测电动汽车轮毂电机在复杂工况下的运行状态，保证其运行安全，提出了一种基于粗糙集（rough set，简称RS）理论和人工碳氢网络（artificial hydrocarbon networks， 简称AHNs）的轮毂电机故障模糊诊断方法。首先，以轮毂电机运行安全为目标，重点考虑转速和负载转矩对振动信号的影响程度，用特征参数表征轮毂电机运行状态，并基于RS理论提出一种特征参数的离散化方法，对输入层进行了模糊化处理；其次，基于分子间能量优化AHNs算法，建立初步诊断模型，并考虑不同输出状态类型的模糊性，利用模糊理论建立AHNs多输出的隶属度函数，构建轮毂电机故障模糊诊断模型，实现了对复杂工况下轮毂电机故障的诊断；最后，通过轮毂电机机械故障台架试验验证了该方法的有效性。

摘要:提出了一种针对高超声速翼面热静气动弹性的流固热交错迭代数值耦合方法，其充分考虑了气动环境（气动力和气动热）与结构变形之间的耦合、气动热与结构温度场之间的耦合以及温度场对结构刚度的影响。气动环境采用计算流体力学方法求解，结构传热和变形采用有限元法求解，在耦合面采用基于控制面的双向映射插值方法进行壁面热流、壁面温度、气动力以及翼面变形的数据传递，并应用该耦合方法进行了高超声速翼面热静气动弹性分析。结果表明，热环境造成翼面结构刚度降低，导致热环境下翼面变形明显大于常温（300 K）时的分析结果，且马赫数越大，两者之差越大。

摘要:传统的磁流变阻尼器所产生的阻尼力通常与驱动速度相关，呈现出黏性阻尼特征。为获得具有库伦阻尼特征的磁流变阻尼器，提出一种具有大尺寸的螺杆挤压的旋转式磁流变阻尼器（screw-rotary magneto-rheological damper，简称SR-MRD）并对其进行力学特性研究。首先，通过分析SR-MRD的结构原理，并基于平板模型来建立各个流体通道的速度分布；其次，基于Herschel-Bulkley模型建立SR-MRD流体力学模型，计算SR-MRD内部压力差以及扭转剪切力；然后，根据SR-MRD流体力学模型计算阻尼力矩，并分析各项关键参数对阻尼力矩的影响；最后，通过加工制作原理样机完成振动试验，验证力学模型的有效性以及阻尼器的实际输出阻尼力矩性能。研究结果表明：SR-MRD试验阻尼力矩与理论计算值基本符合；与传统的旋转式阻尼器相比，不仅能够产生较大的阻尼力矩，而且还具备明显的库伦阻尼特征。

摘要:为克服时程分析耗时和占用巨大计算机资源的缺点，提出一种基于AISC Design Guide 11快速评估人行桥人致振动舒适度的频率响应函数（frequency response function，简称FRF）方法。自建某钢?玻璃简支梁桥，通过对比试验采集和FRF方法计算的不同工况跨中峰值加速度，初步验证了FRF方法计算人行桥跨中峰值加速度的准确度。并以某人行悬索桥为例，分别采用时程分析和FRF方法计算21种行人行走工况的跨中峰值加速度并进行舒适度评价。结果表明，FRF方法与时程分析相比在节省94.89%的运算时间和87.2%计算机内存的前提下，计算的峰值加速度比时程分析结果大20%，舒适度评价结果偏保守，故FRF方法能对人行桥人致振动进行高效且保守的舒适度评估。

摘要:由于微穿孔板结构在低频噪声下无法实现高效宽带的吸声效果，为了提高低频吸声性能，需要优化吸声器的结构参数以达到需要的降噪水平。本研究优化和测试了变参数分空腔单层微穿孔板结构，该结构在低频的吸声系数高且吸声频带宽。首先，通过声电类比法建立变参数分空腔单层微穿孔板结构理论模型，分析吸声系数与结构参数之间的关系；其次，确定优化变量和约束条件，利用布谷鸟算法优化理论模型，得到最佳吸声系数的结构参数；最后，对微穿孔板结构的吸声系数进行有限元仿真，加工微穿孔板结构样品，在驻波管中进行了吸声性能测试。结果表明，3组结构参数分空腔单层微穿孔板结构和4组结构参数分空腔单层微穿孔板结构能够在400~2 000 Hz的频率范围内保证高吸收（恒定超过80%）。

摘要:为解决封闭空间相干声场预测模型复杂度高、计算效率低的问题，运用复虚源原理（image-source method，简称ISM）和快速多极思想（fast multipole algorithm，简称FMA），提出一种相干声场的快速预测方法（FMA-ISM）。首先，将封闭空间内的声源等效为一规则排布的复源点集，基于复虚源原理构建了虚拟接收点模型和考虑声场相干性的多点对多点的声场预测模型；其次，引入快速多极展开算法，将多点对多点的复杂映射关系转化为点集对点集的快速计算过程，降低虚源分析的阶数，在保证虚源模型精度的前提下提高计算效率；最后，通过仿真和实验验证了FMA-ISM方法的有效性。研究结果表明：与有限元法、声线法和虚源法相比，FMA-ISM方法预测声场场点声压级平均误差在3 dB内，模型计算速度提高50%以上。

摘要:由于外观和功能需求，超高层建筑可能会建造比较高的顶部围挡，因其位于结构顶部，不同的顶部围挡高度可能会对高层建筑顶面局部范围的风荷载，以及对围挡本身的风荷载产生影响，而目前尚没有统一的风荷载取值依据。针对此问题，以方形断面超高层建筑为对象，采用刚性模型测压风洞试验方法，研究了建筑顶部无、有建造围挡及围挡高度，对建筑的顶面、外表面局部区域以及顶部围挡风荷载的影响。结果表明，超高层建筑顶部围挡及其高度对建筑顶面风压分布的影响最显著，需要在结构抗风中予以重视。基于风洞试验结果，通过考虑顶部围挡高度影响范围内风压的高斯、非高斯分布，给出了不同高度顶部围挡下的建筑顶面、外表面以及顶部围挡的风荷载取值建议，可为该类结构的抗风设计提供参考。

摘要:以航空发动机测量耙振动试验过程中的安全监测为需求。首先，基于测量耙结构特征简化模型，建立了含裂纹测量耙振动特征方程；其次，建立了某型测量耙有限元模型，通过数值模拟分析了裂纹参数（相对位置、裂纹长度）对测量耙固有频率的影响规律；最后，开展了该型测量耙的振动试验。扫频试验结果验证了测量耙有限元模型的准确性，测量耙在振动耐久性试验过程中出现孔边裂纹，固有频率降低了11.1%，表明在测量耙研制过程中开展振动考核试验时，可在试验现场通过试验前后固有频率的变化实时监测耙体的结构损伤。

摘要:考虑桥梁挠度中的温度效应和长期挠度成分将会一定程度影响到桥梁的安全评估，提出基于经验小波变换（empirical wavelet transform，简称EWT）结合快速独立分量分析（fast independt component analysis，简称FastICA）方法对温度效应和长期挠度进行分离。首先，利用经验小波变换分离出日温差效应；其次，考虑年温差效应与长期挠度频率相近难以分离，因此运用经验小波变换自定间隔把傅里叶频谱上年温差和长期挠度部分划分成多个区间，并在每个区间内构造相应的小波滤波器，将单通道的挠度信号转化成无虚假模态的一系列本征模态函数（intrinsic mode function，简称IMF）；然后，把多通道的IMF矩阵运用主成分分析（principal component analysis，简称PCA）降维；最后，将降维后的信号采用FastICA处理，实现桥梁挠度年温差和长期挠度的分离。数值仿真结果以及桥梁实测数据研究结果均表明：该方法能有效地分离挠度监测信号中的温度效应和长期挠度，且分离效率高。

摘要:以硬质合金刀具铣削Ti-6Al-4V为研究对象，提出了一种基于经验模态分解（empirical mode decomposition， 简称EMD）及支持向量机（support vector machine，简称SVM）的刀具磨损阶段识别方法。首先，将原始加速度信号及力信号分解为一系列模态分量（intrinsic mode function，简称IMF），选择了有效的IMF来组合一个新的信号；其次，计算新信号的多评价指标矩阵，将得到的多指标矩阵（I-kazTM、功率谱熵及均方根）作为输入特征向量，得到了基于线性分类器的刀具磨损识别模型；最后，将检测信号输入模型中进行识别，对刀具磨损阶段的识别精度达到了99.17%。EMD-SVM相较于SVM、BP神经网络及小波包SVM模型，运算时间减少，运算精度提高。实验结果表明，该模式对钛合金铣削过程中的刀具磨损具有良好的识别效果，为刀具磨损状态的监测提供了一种新方法。

摘要:高精度的声发射源定位能够帮助工程人员快速定位故障或异常发生的位置，可用于对大型设备进行结构可靠性监测和检测。为了提高声发射源定位的精度，提出一种融合了Geiger定位方法、同伦算法及牛顿梯度方法的源定位算法。采用Geiger迭代定位方法实现对源定位信息的迭代更新，并将更新信息的求解转变为对不适定问题的求解。同伦算法和牛顿梯度方法的结合，避免了常规不适定问题求解方法中耗时的矩阵求逆，优化了求解过程。实验结果表明，所提方法优于常规定位算法，可实现对声发射源位置信息的高精度求解。

摘要:针对当前超声电机电参量的测试方法无法表征其启动瞬态电参量变化规律的问题，提出一种用于超声电机启动瞬态电参量测试的方法。基于加窗的短时傅里叶变换，对超声电机的驱动电压和驱动电流信号进行时频分析处理，得到超声电机启动瞬态下电流电压信号对应的频谱。利用单峰谱线插值法对信号的频谱进行插值修正，得到信号精确的幅值、频率和相位信息，并进一步计算得到阻抗、阻抗角等电参量信息。通过对仿真信号进行处理分析，验证该方法在启动瞬时电参量计算方面的准确性。搭建超声电机瞬态测试平台并对PMR-60/E型超声电机进行测试。结果表明，该方法能够揭示超声电机启动瞬态电参量在电机启动过程中的变化规律，可用于评估超声电机的振动响应特性，同时为超声电机等效电路模型的建立及驱动电路的设计提供重要信息。

摘要:针对变工况和噪声背景下滚动轴承故障难以诊断的问题，提出一种将注意力机制、DropConnect和Dropout混合加入到卷积神经网络?双向长短时记忆网络（convolutional neural network?bidirectional long short?term memory，简称CNN-BiLSTM）模型的滚动轴承故障诊断方法。首先，将滚动轴承不同工况下的各类故障状态的原始振动信号进行预处理，构建标签化的训练数据集和测试数据集；其次，把注意力机制引入到BiLSTM中提取更加重要的深层故障特征，同时将DropConnect和Dropout混合使用分别抑制CNN和BiLSTM网络在训练过程中的过拟合问题，从而得到改进的CNN?BiLSTM模型；然后，将处理后的标签化数据集输入改进的模型中训练；最后，利用Softmax分类器进行故障类别诊断。通过选取不同数据集验证，证明该方法均有较好的泛化性和抗噪能力。

摘要:针对汽车声音品质问题，对某车型高速超车工况车内噪声抖动感的原因进行了测试分析和诊断。首先，对车内噪声的阶次进行分析，发现超车工况下车内存在2.00阶和2.24阶噪声，两者频率接近易发生调制而导致主观抱怨，并采用滤波回放结合主观评价的方式证明了这一结论；其次，对车身噪声传递函数进行测试，表明在发生调制的频率范围内车身的噪声传递函数较高，在外界激励下容易产生噪声辐射，通过传动系统的速比分析表明2.24阶的噪声来源于轮胎不均匀性的高阶激励；最后，选择了均匀性更好的轮胎进行了装车验证。研究结果表明：发动机激励产生的2.00阶噪声和轮胎激励下产生的2.24阶噪声发生调制是产生抖动感的根本原因；更换均匀性更好轮胎后，车内噪声调制现象消失，抖动度明显下降，主观评价显著改善。

摘要:渐开线花键副齿侧过盈配合产生的接触应力和变形会对零件自身精度和使用寿命造成影响，为了确定合理的过盈量，首先，对花键副齿侧过盈的几何原理进行了研究，推导了齿侧过盈径向位移和周向位移的计算公式；其次，用有限元仿真验证了几何原理的准确性；最后，根据齿侧过盈几何原理，对齿毂花键齿侧过盈量为0.002 0，0.002 2及0.002 8 mm产生的周向应力?应变进行了测试，其有限元仿真结果与试验测试结果误差分别为4.9%，7.6%和7.1%。研究结果表明理论分析符合实际情况，提出的计算方法为渐开线花键副齿侧过盈参数设计提供了理论依据。