摘要:数据驱动的异常检测技术被广泛应用于复杂机械设备状态监测中，工况（operating conditions，简称OCs）变化会导致监测数据的分布漂移，使传统数据驱动的异常检测方法的准确性受到极大干扰。为了解决时变工况下工况和健康状态之间的耦合问题，提出了一个新的特征解耦学习框架。首先，基于变分自动编码器（variation auto encoder，简称VAE）构建一个特征解耦条件变分自动编码器（conditional variation auto encoder，简称CVAE）网络，实现工况和健康状态的解耦；其次，对解耦后的健康状态相关特征进行降维处理，构建异常指标（anomaly indicator，简称ANI）；然后，将ANI与统计异常阈值相结合，实现时变工况下轴承的异常检测；最后，通过基于时变转速退化的轴承加速疲劳退化实验，验证了该方法的有效性以及所构建的健康指标在消除时变工况干扰方面的优越性。

摘要:针对目前飞机结构疲劳试验损伤检测中计算机视觉识别模型面临的主要问题是如何从同为毫米级的表面纹理、划痕、污迹中识别出疲劳裂纹，提出了基于双向融合网络（bidirectional fusion network，简称BF?Net）和孪生分差的飞机结构裂纹检测方法。首先，采用分级检测策略，提取出可能出现裂纹的重点区域；其次，设计面向微小目标识别的BF?Net，通过自上而下和自下而上的特征融合操作从区域图像中自动获取高质量的裂纹特征信息；最后，采用孪生分差法，基于重点区域的自身特征信息以及与模板间的特征差异信息来综合判别裂纹。试验结果表明，该方法能够实现对微小裂纹的精确检测，为飞机结构疲劳试验中裂纹的自动化检测提供了有效的技术途径。

摘要:为了研究西北寒冷地区中小型流冰对输水隧洞的碰撞问题，基于实验分析结合数值模拟的方法，选取模型实验几何比尺λ为1∶5，通过ANSYS/LS-DYNA软件进行有限元仿真，得到不同工况下流冰对输水隧洞衬砌撞击力影响规律。结果表明：流冰撞击力峰值与流冰速度呈现出近似的线性关系；流冰撞击力峰值与流冰压缩强度呈现出近似的对数函数关系，在较高速度下，流冰的塑性效果起主要作用，流冰的压缩强度对流冰的撞击力结果影响较为不明显；流冰撞击应力峰值与流冰厚度呈现出近似线性关系。同时，通过数值模拟与模型实验得到的流冰撞击力影响规律基本一致，验证了冰-砼碰撞实验装置的准确性及合理性。由于数值模拟时流固耦合的计算方法考虑了水介质对流冰的影响，在流冰撞击输水隧洞衬砌时形成水垫效应，从而会轻微地降低流冰撞击力，而模型实验未考虑水体对流冰的影响，因此各种工况下的模型实验结果均普遍大于数值模拟结果。

摘要:由于在工程实际中采集的故障振动数据分布不同且难以标记，使得卷积神经网络（convolutional neural network， 简称CNN）在故障诊断过程中难以发挥最佳作用。针对此问题，提出了一种基于一维卷积神经网络迁移学习的滚动轴承故障诊断方法。首先，建立了可直接处理轴承振动信号的一维卷积神经网络模型并使用源域数据对其进行预训练；其次，利用最大均值差异（maximum mean discrepancy， 简称MMD）度量源域和目标域在预训练模型中各层上的特征分布距离，并通过MMD判断卷积层和全连接层能否迁移，若不能迁移则使用初始化方式补全模型；最后，使用少量标记的目标域数据再次训练模型，进而对目标域故障数据进行分类辨识。利用故障轴承数据对方法有效性进行验证，结果显示，该方法在目标域只有少量标签的情况下能够实现变工况滚动轴承故障分类，并达到较高的诊断准确率。

摘要:为提高蜂窝纸板的数值计算精度、适用不同规格蜂窝纸板等效模型选择，分析了不同等效模型对不同结构蜂窝纸板固有频率的对应等效精度。首先，对Reissner等效模型、Ekavall等效模型和三明治夹芯板模型分别进行有限元建模；其次，将等效板的模态分析与实验结果进行对比，分析不同胞元边长、厚度与芯纸克重对等效模型的精度影响；最后，总结这3个变量对不同模型计算精度的影响规律，在此基础上得到蜂窝纸板固有频率解析方程。结果表明：Reissner理论模型适用于厚度小于等于20 mm的蜂窝纸板；Ekavall等效模型整体精度最高，误差基本低于10%；三明治夹芯板模型在蜂窝纸板胞元边长为10 mm时精度最高；在胞元边长与厚度相同的情况下，芯纸克重对计算精度影响较小；所得解析方程的解析结果与实验结果对比误差在12.43%以内。该结论为蜂窝纸板的模型选取提供依据。

摘要:为研究被动变阻尼装置（passive variable damping device， 简称PVDD）耗能性能和出力过程与多项参数设计的关系，对装置的不同形状控制阀和预压力值进行了性能试验。结果表明：孔型对装置最大阻尼力和出力过程产生影响，不同阻尼孔形状组合后可实现装置宽幅值、多出力过程的设计输出；预压力值对变阻尼启动条件产生影响，装置启动前表现为普通黏滞阻尼器，启动后可实现变阻尼力输出。将PVDD与隔震支座组合为隔震新体系，针对9层Benchmark模型进行了不同孔型和预压力值下结构控制效果的数值计算分析。结果表明：隔震新体系具有更好的减震效果；不同孔型的装置对不同形式地震有不同的控制效果；初始预压力使速度响应控制范围整体向后平移，装置有效控制区间得到最大利用。该研究成果对PVDD的设计应用具有参考和指导作用。

摘要:为减小自动档汽车在原地换挡时由于变速箱的扭矩扰动产生的冲击与振动，提出了汽车原地换挡时半主动液压阻尼拉杆（hydraulic damping strut，简称HDS）的设计分析方法。首先，对原地换挡的冲击与振动机理进行了理论分析；其次，构建了汽车原地换挡时的动态响应评价指标，建立了包含半主动液压阻尼拉杆的整车13自由度（degrees of freedom，简称DOFs）动力学模型，根据力分担的方法对半主动HDS的动态特性参数进行了优化分析；最后，采用整车13自由度动力学模型对汽车原地换挡时加半主动HDS和不加半主动HDS时的动态响应评价指标进了分析，并通过试验对座椅导轨的加速度进行了测试。研究结果表明，加入半主动HDS减小了汽车原地换挡时的冲击与振动。

摘要:为研究防屈曲支撑（buckling-restrained brace，简称BRB）对双柱式桥墩抗震性能的影响，在双柱式桥墩间设置5种BRB布置方案以提高桥墩的抗侧刚度，并与原桥墩对比研究其抗震性能。首先，进行桥墩拟静力分析，通过与文献试验数据对比，验证数值模拟方法的正确性；其次，开展桥墩的抗震性能研究，通过对6种模型在不同地震动（0.2g，0.4g，0.8g）作用下的非线性时程分析，得到桥墩的损伤、内力和变形计算结果。经对比研究，提出一种最佳的BRB布置方案。研究表明：双柱式桥墩设置BRB可以有效提高桥墩的抗侧刚度，减小桥墩在地震作用下的墩顶位移响应，降低桥墩的损伤，减少钢筋屈服和桥墩塑性铰区域，大幅减小墩底弯矩，但不同的BRB设置有时会导致墩底剪力有所增加。

摘要:由于选择顺应性装配机器手臂（selective compliance assembly robot arm，简称SCARA）机器人关节驱动链过长，无法满足电子芯片等制造行业高速、高精度的要求，因此提出了一种直驱SCARA机器人， 其特点是结构简单、消除了中间传动环节，代替了传统的伺服电机加减速器驱动的方式。同时，针对直驱关节转矩脉动较大、影响机器人端部稳定性的问题，提出了一种优化和设计思路，对于机器人的整体结构和参数进行了优化。在确定了SCARA机器人最大运动范围之后，分别建立了速度评价函数和刚度评价函数，以速度、刚度性能函数为适应性函数，采用多目标遗传算法对臂长进行优化。臂长优化前后的实验对比显示，优化前关节联合速度最大为3.9 m/s，优化后关节联合速度最大为4.6 m/s，有较大的提升。通过仿真发现：在末端载荷相同的情况下，优化后的形变量更小；优化前重复定位精度为±0.010 5 mm，较之传统SCARA机器人的重复定位精度已有一定提升，优化后重复定位精度进一步提高为±0.009 mm。仿真与实验结果证明，遗传算法优化有效解决了SCARA机器人端部稳定性问题，能明显提升机器人关节运动速度。

摘要:为研究爆孔深度对液态CO2相变爆破技术（liquid carbon dioxide phase transition blasting technology，简称LCPTBT）在岩质路堑开挖工程应用中的影响，基于酒?额铁路路堑开挖工程，进行了多组现场工程试验，对爆破实效和振动监测信号进行分析。研究表明：当爆孔深度为4 m时能有效利用爆破能量，从爆孔底部沿整个台阶横断面产生贯通裂缝，且临空面部位裂缝发展最充分；在台阶高度大于5 m且有自由面时，型号为Φ89单管满充致裂器在该地层岩性条件下最大爆孔深度可达约5 m；各工况中质点在z方向的振动速度分量均大于y方向和x方向；由于自由面的存在，应力波在传播过程中不断反射叠加，使得爆破振动效果加强；随着测点距离的增加，测点处振动持时、质点峰值速度和峰值加速度均逐渐降低，在近距离内先急剧减小，然后随着距离增大而减小的趋势逐渐降低，振动能量分布频段逐渐变窄。

摘要:针对高层建筑火灾救援问题，提出一种基于负泊松比缓冲网的高坠缓冲防护系统。首先，设计了六角网眼结构的大变形柔性缓冲网及其配适的多级缓冲机构，基于有限元方法建立了缓冲网与人体接触冲击过程动力学解析模型；其次，建立了缓冲系统有限元模型，进行冲击动力学仿真分析，验证缓冲系统对坠落人员防护的有效性；最后，利用相似性原理设计了1/8缩比模型试验，以验证系统的实用效果。结果表明：试验采集人体所受过载数值与仿真较吻合，验证了缓冲系统的有效性和有限元模型的准确性。缓冲系统可有效保障30 m高度以下跌落人员的生命安全，缓冲过程中人体最大过载不超过5.5g，对保障高空作业人员安全和高空救援行动成功具有实际意义。

摘要:为提高风电机组运行效率，降低风电场运营成本，对风电机组运行状态监测显得尤为重要，提出一种基于数据采集与监控（supervisory control and data acquisition，简称SCADA）系统和萤火虫改进麻雀搜索算法优化深度置信网络（firefly improved sparrow search algorithm optimized deep belief network， 简称FISSA?DBN）的风电机组状态监测新方法。首先，对SCADA数据进行预处理分析，并利用专家系统和皮尔逊相关系数分析，相关分析选取输入参数和输出参数；其次，利用预处理数据集建立基于FISSA?DBN的风电机组运行状态监测新模型，根据模型预测值和实际输出值之间的重构值误差，以及指数加权移动平均阈值（exponentially weighted moving average， 简称EWMA）判断是否有异常；最后，以华东某风电场实际数据为例进行实例验证。结果表明，所提出方法的预警时间比实际记录时间最早可提前4 d多。同时，将所提出方法与其他方法进行对比，结果表明该方法预警时间提前，模型预测误差更小。

摘要:铝合金加筋板是卫星、空间站和飞船等航空航天装备关键结构，对其损伤状态进行监测和识别是评估航天器健康状态的前提和基础。针对传统机器学习方法对人工特征提取的依赖性，利用实验模拟与数值仿真相结合的方法，获取铝合金加筋板损伤声发射信号并计算其幅频特性，建立损伤数据集，基于深度置信网络构建冲击损伤智能识别模型进行损伤特征自适应提取，结合Softmax分类器开展了冲击损伤识别研究，并与传统的支持向量机和反向传播（back propagation，简称BP）神经网络识别结果进行了对比。实验结果表明：在2 200 mm×500 mm×10 mm的铝合金加筋板板上对68个测试区域进行了多次冲击损伤识别，在15 300次实验中实现了15 218次冲击损伤准确识别，正确率为99.47%。该研究结果为航天器结构的损伤监测提供了有效方法。

摘要:考虑模型的非线性摩擦阻尼和主传动系统在轧制过程中受到外部干扰的情况，建立了板带轧机主传动系统的数学模型。针对该系统，设计了一种非线性未知输入观测器（unknown input observer，简称 UIO）并用于轧机主传动系统的故障检测和故障重构。为了增强残差对故障信号的灵敏度，提高观测器故障检测精度，构建未知输入观测器，将外部干扰从残差中解耦。利用H∞性能指标提高观测器对故障重构的鲁棒性，采用Lyapunov稳定性理论进行误差动态系统的收敛性分析。为了改进观测器的设计过程，把增益矩阵求解问题转化为受线性矩阵不等式（linear matrix inequality，简称 LMI）约束的优化问题。将产生的残差与设定的阈值进行对比，实现故障的检测并完成故障重构。通过对2 030 mm冷连轧机F4号机架主传动系统的仿真研究，验证了该观测器可以准确地对系统状态进行跟踪，并能够检测和估计出主传动系统的故障。

摘要:为了给实际工程中并列双幅变截面箱梁的气动升力取值提供参考，针对不同高宽比的双幅箱梁，通过刚性模型测压风洞试验，测试了多个不同风攻角和间距时双幅箱梁的升力系数，并与单幅箱梁的升力系数进行了对比分析。引入干扰因子对下游箱梁的干扰效应进行定量表示。研究结果表明：与单幅箱梁相比，上游箱梁的气动升力变化不大，下游箱梁的气动升力变化显著；在大多数正向风攻角下，下游箱梁气动升力的干扰效应表现为明显的减小效应；在负向风攻角下，气动干扰使下游箱梁承受向下的升力，升力值随着风攻角的增大而增大，随着间距和箱梁高宽比的减小而增大。

摘要:对交流电（alternating current， 简称AC）激励作用下离子聚合物金属复合材料（ionic polymer metal composites， 简称IPMC）悬臂型驱动器微尺度横侧面上的变形特征进行实验分析研究。采用数字显微系统记录交流电激励作用下的IPMC悬臂结构微尺度横侧面弯曲形变过程，通过数字图像相关（digital image correlation， 简称DIC）方法分析IPMC的位移和应变响应特性。实验结果表明：IPMC的振荡中心会发生偏移振动，偏移振动的频率远低于激励频率，且随着激励频率的降低而降低；弯曲挠度的振动幅值随着激励电压的增大而线性增大，随着激励频率的增大呈指数衰减；纵向应变沿试样厚度方向线性分布，并随着激励电压的增大而增大，随着激励频率的增大而降低，近似呈线性关系。

摘要:基于商用有限元软件自动增量式非线性动力学分析（automatic dynamic incremental nonlinear analysis，简称ADINA），对超声电机的减摩现象进行仿真研究，提出等效摩擦因数的概念。分别在驻波激励和行波激励下研究了超声电机启动响应过程的瞬时等效摩擦因数。通过仿真计算，得到了不同预压力、激励频率和电压情况下的稳态等效摩擦因数。当预压力较小时，驻波激励下的减摩效应强于行波激励；当预压力较大时，超声振动受到抑制，此时2种激励方式的减摩效应近乎一致。研究发现：激励频率越接近谐振频率，预压力越小、驱动电压越大，减摩效果就越显著；其中，激励频率和预压力的影响要大一些。本研究为超声电机减摩现象的研究与应用提供有益的帮助。

摘要:采用低弹性模量且具有高介电常数的材料作为电容式压力传感器的介电层，是一种提高传感器灵敏度与初始电容信号的理想方法，然而这2个材料特性往往相互冲突。针对这一问题，提出了一种液态金属弹性体泡沫，其具有较低的弹性模量（10.2 kPa）、较强的可压缩性（70%应变）与高介电常数（5.5~20.9）。以该泡沫作为介电层，并设计带有屏蔽层的柔性电极，研制了一种高灵敏度、大初始电容信号的柔性电容式压力传感器。试验结果表明，该传感器灵敏度高达0.36 kPa-1，响应/恢复速度快（<49 ms），迟滞低（8.7%），同时可检测低至4.9 Pa的微小压力，具有良好的稳定性与可靠性。此外，通过驰张筛筛板弯曲挠度变化测试验证了所研发传感器的有效性，与激光位移传感器的测量结果对比表明，该柔性压力传感器可准确检测弛张筛筛板弯曲挠度的变化。

摘要:电驱动力总成悬置系统高频结构噪声控制是电动汽车噪声、振动和声振粗糙度（noise，vibration and harshness，简称NVH）开发与研究的重要内容，悬置动特性试验因设备技术更新换代而大幅提升测试频率上限至3 kHz。以某电动汽车橡胶悬置为研究对象，进行高频动特性试验研究。首先，分析悬置动特性试验边界条件，指出悬置的胶体刚度、支架模态以及试验夹具模态是影响高频动特性的3个主要因素；其次，研究橡胶悬置高频动刚度的主要特点，通过附加质量的方案对动刚度峰值及频率与影响因素的对应关系进行了辨识；然后，总结了3个主要因素对动特性的影响规律，提出电动车悬置及其支架的设计与优化原则；最后，用悬置刚度和支架质量对整车主减速器阶次噪声的改善效果进行试验，验证了橡胶悬置高频动特性研究的必要性和结论的正确性。

摘要:针对高维故障数据集中有效信息利用率低导致故障分类难度偏大的问题，提出一种线性主成分判别分析（linear principal component discriminant analysis， 简称LPCDA）的故障数据集降维算法。该算法将类间可分性判别与主成分计算的思想融入线性判别分析（linear discriminant analysis， 简称LDA）算法中，使算法拥有剔除相关信息和冗余特征的能力，从而可以更好地保留能够反映机械运行状态有价值的故障状态信息以及特征的主要成分。实验结果表明，本算法能够剔除高维故障数据集中的相关信息、冗余特征并保留特征主要成分，具有降低故障分类难度与提高自动辨识准确率的功能。该研究可为有效降低高维故障数据集的规模和故障的分类难度、提高有效信息的挖掘能力，提供了理论参考依据。

摘要:为有效降低船舶机械系统低频线谱振动，采用传递路径分析方法（transfer path analysis， 简称TPA）对典型船舶机械设备振动沿管路系统与浮筏基座传递规律进行试验研究。试验结果表明，通过传递路径分析方法辨识各路径振动贡献量合成结果与直接测量结果一致，证明了本研究方法与测试数据的正确性。通过传递路径与输入船体结构振动功率流贡献量分析，发现设备低频段振动能量主要通过浮筏基座进行传递，整个试验模型的低频线谱成分由管路系统与船体耦合引起。该研究结果可为船舶机械系统低频线谱主动控制作动器的位置优化与频率选取提供参考。

摘要:为保证压电柔顺微操作器的精准性和稳定性，以压电纤维驱动的单自由度柔性微操作器为例，首先，通过在传统Prandtl?Ishlinskii（简称PI）迟滞模型上串联死区算子，建立改进PI迟滞模型并设计相应前馈控制器；其次，将系统模型分解为线性可逆分量和有界分量，并构建权重函数和增广模型设计H∞反馈控制器，以保证系统的稳定性和精准性；最后，以压电纤维驱动的单自由度柔性微操作器为例，搭建实验测控系统。实验结果表明：在前馈控制下，压电柔顺微操作器的迟滞量从16.5%下降到4.4%，改进PI迟滞模型是可行的。当参考轨迹为阶跃和不同频率的正弦信号、甚至改变微操作器结构参数时，H∞反馈控制均能有效跟踪给定参考信号且相对控制误差较小，验证了所设计H∞反馈控制器的有效性。

摘要:在考虑有效冲击量级的前提下，提出了一种综合考虑退化过程的非线性与退化?冲击相依关系的竞争失效系统可靠性评估模型。首先，该模型采用非线性Wiener过程描述系统的性能退化过程；其次，根据冲击对系统造成的影响，将随机冲击分为无效冲击、有效冲击和致命性冲击，通过修正退化模型来描述冲击对退化的影响，即无效冲击不会对系统造成损伤，有效冲击会对退化过程造成突变退化量以及退化率增大的影响，对于致命性冲击，使用非齐次泊松过程描述其导致的突发失效过程；最后，将突发失效模型与退化过程模型结合，构建了有效冲击量级下的竞争失效系统可靠性模型。

摘要:针对在双轴地磁传感器与卫星组合测量弹丸姿态的系统中双轴地磁传感器容易受外界误差因子干扰的问题，通过分析影响地磁传感器测量精度的误差因子，提出了一种参数标定和基于椭圆旋转的误差补偿算法。首先，假设双轴地磁传感器存在虚拟x轴，对传感器的误差因子进行建模，得到误差补偿模型；其次，对传感器双轴输出表达式中的参数进行标定；对双轴的测量值集合形成的椭圆进行旋转；最后，计算误差补偿模型中的6个参数。三轴无磁转台实验数据分析表明，该方法可以将双轴地磁传感器测量滚转角的误差精度控制在±2°之间，基本满足了弹丸姿态测量的要求。

摘要:针对传统的蝴蝶优化算法（butterfly optimization algorithm，简称BOA）全局搜索能力差、收敛速度慢、结构频率对损伤不敏感等问题，提出基于改进蝴蝶优化算法（improved butterfly optimization algorithm，简称IBOA）与小波包能量曲率的结构损伤识别方法。首先，在传统蝴蝶优化算法基础上引入聚类竞争学习机制和混沌精英学习机制，得到改进蝴蝶优化算法，此算法可以更好地实现局部搜索和全局搜索间的平衡，收敛速度更快、计算精度更高；其次，利用小波包能量曲率建立目标函数进一步提高识别结果精度；最后，分别以简支梁数值算例和8自由度弹簧?质量块实验验证了该方法的有效性。研究结果表明，即使考虑环境噪声和模型误差等不利因素，所提出的方法仍可以有效识别结构的损伤位置和程度。

摘要:设计了一款双稳态聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，简称PVDF）梁压电振动能量收集器，并介绍了该款收集器结构特点和工作原理。为了解决传统理论模型预测与能量收集器实际输出性能的偏差，利用人工神经网络对其结构参数、激励频率和收集电能之间的非线性关系进行建模。基于误差反向传播训练的多层前馈网络建立了双稳态PVDF梁压电能量收集器的人工神经网络模型。以质量块质量、PVDF压电梁的压缩距离以及外激振力频率作为输入变量，收集器输出电压均方根（root mean square，简称RMS）值作为输出变量，采集了不同条件下压电能量收集器的实验数据。通过将仿真预测结果与实验结果对比，验证了所设计的人工神经网络能有效地预测压电能量收集器的输出特性，且无需复杂的收集器理论建模。

摘要:为了达到精确定位损伤的目的，提出了利用少量传感器信息进行桥梁高分辨率全模态振型识别，获得高分辨率的全桥协调模态置信因子（enhanced coordinate modal assurance criteria，简称ECOMAC）这一动力指纹参数的方法。利用特征正交分解直接分析移动车辆荷载作用下桥梁上的少量传感器所测位移响应，获得主成分矩阵，将主成分矩阵通过低通滤波即可获得高分辨率的模态振型。利用高分辨率模态振型获得高分辨率的协调模态置信因子，并作为损伤指标进行损伤定位。为了验证该方法的有效性，对一梁桥进行数值仿真和实验。数值模拟和实验结果均表明，基于少量传感器下利用高分辨率的协调模态置信因子能够精确识别损伤。

摘要:转子系统在故障状态下的振动信号往往呈现很强的非线性，其在频域上主要表现为不同频率之间相互耦合，产生合频、差频等组合频率。为了解决传统频谱分析只关注信号中的频率成分及其幅值大小，而忽略信号相位信息的问题，采用双谱方法对振动信号进行分析。双谱包含信号相位信息并且对非线性敏感，可以将早期故障的微弱非线性放大，检测出频谱中不同频率之间的非线性相位耦合关系。通过对ZT?3转子实验台植入不同类型的故障，采集系统在不同状态下的加速度信号，从振动信号的双谱中提取各频段的信息熵，采用模糊聚类方法进行故障识别。结果表明，双谱熵作为特征参量可以准确识别转子系统的故障类型，验证了方法的可行性。