摘要:介绍了一种声操控型微流控芯片的加工方法与测试技术。首先，基于声操控型微流控芯片的工作原理和功能需求设计了硬质微流控芯片的基本结构，采用激光切割方法实现了聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，简称PMMA）材质开放边界微流道的加工，采用数控加工（computerized numerical control，简称CNC）精雕方法实现了封闭边界微流道的加工，通过光固化型（ultra violet，简称UV）胶实现了硬质微流道与基板的室温封接，利用表面改性技术与毛细作用实现了芯片的无泵进样；其次，研究了不同加工工艺、工艺参数对微流道形貌的影响；最后，依据声操控微颗粒需求，综合仿真分析、阻抗测试及多普勒激光测振，选定了声操控型微流控芯片的工作频率，实现了微纳物体运动控制。该微流控芯片具有成本低、加工效率高及易于调整微流道结构的优点，在微纳操控、微纳制造和生化检测方面拥有广阔的应用前景。

摘要:现代机械设备传动系统中轴承和齿轮容易发生局部疲劳故障，单一部件典型故障引起的载荷波动极易造成其他部件继发性疲劳故障，使机械传动系统呈现多部件复合故障状态。针对齿轮箱传动系统中轴承和齿轮复合故障诊断问题，提出了基于多尺度卷积核匹配复合正则化的卷积稀疏编码（multiscale compound regularized convolutional sparse coding，简称MCRCSC）分离诊断算法。首先，根据齿轮箱轴承和齿轮典型复合故障所呈现出的稀疏性与尺度特性进行了模型假设；其次，依据不同故障的信号尺度特性与分布特点提出了多尺度卷积核与复合正则化约束的概念，并建立了多成分卷积分离模型；最后，通过交替方向乘子（alternating direction method of multipliers，简称ADMM）优化架构将频域转化后的优化方程分解为子问题进行交替求解，对分离卷积重构后的故障信号进行谱分析得到对应典型故障频率分布。实际齿轮箱故障模拟实验表明，所提算法在随机噪声和谐波干扰下仍具有优良故障分离诊断能力。

摘要:对圆角弧边三角形双塔建筑在串列布置时的气动力进行了风洞试验研究，分析了不同排布方式和相对间距对受扰建筑层阻力系数、层升力系数以及基底弯矩系数功率谱密度的影响。试验结果表明：平均层阻力和升力系数的干扰效应主要表现为遮挡效应，当施扰建筑弧面迎风时相对更强；平均层阻力系数随间距比减小而减小，当双塔均关于来流方向对称时，平均层升力系数接近0，此时间距影响很小；顶部绕流会减弱遮挡作用，使得顶部附近的平均和脉动层风力系数相对增大；施扰建筑弧面迎风时脱落在尾流的漩涡将显著影响受扰建筑，大幅增强小间距比时受扰建筑的脉动风荷载，并使其横风向基底弯矩系数功率谱的峰值频率受控于尾流漩涡脱落频率。

摘要:针对动车组运行过程中轴箱轴承振动加速度信号非平稳特性以及较大的背景噪声导致故障特征难以提取的问题，提出一种平均自相关结合参数优化变分模态分解（variational mode decomposition，简称VMD）的轴箱轴承故障诊断方法。首先，利用平均自相关对原始信号进行降噪，增强故障周期性冲击信息；其次，以故障特征频率能量比相反数为适应度函数，利用哈里斯鹰优化算法（Harris hawks optimization，简称HHO）优化VMD的模态分量数和二次惩罚系数，实现对降噪信号的自适应分解并提取出最佳模态分量；最后，计算其平方包络谱进行故障诊断分析。仿真和试验结果表明：该方法能够有效地降低背景噪声的影响，稳定地提取出周期性故障冲击成分，实现轴箱轴承故障的准确诊断。

摘要:结合囊体变形分析和水分子侵入疏水微孔的过程，建立了囊式分子弹簧隔振器的力学模型，推导了隔振器受力过程的力-位移关系，采用准静态试验验证了力学模型，并通过仿真和试验分析了隔振器性能的影响因素。结果表明：理论与试验结果一致性较好；囊式分子弹簧隔振器表现出高-低-高的分段刚度特性，且阶段Ⅱ刚度较阶段Ⅰ有极大降低；微观层面的孔径、接触角、孔容积以及宏观层面的材料用量和氯化钠溶液浓度等参数均会对隔振器阶段Ⅱ产生影响，调整这些参数可以灵活调节隔振器性能，适应不同的工程需求。

摘要:针对滚动轴承振动信号中常包含有谐波、高斯白噪声和非周期性瞬态冲击成分，导致故障特征提取困难的问题，提出一种基于自适应的变分模态分解（adaptive variational mode decomposition，简称AVMD）和二阶频率加权能量算子（second-order frequency weighted energy operator， 简称SFWEO）的滚动轴承故障诊断方法。首先，根据不同的信号自适应地确定模式数和惩罚因子，利用参数优化的变分模态分解（variational mode decomposition，简称VMD）对原始信号进行分解，得到多个本征模式函数（instrinsic mode function，简称IMF）；其次，计算每个IMF的时频加权峭度，根据时频加权峭度最大化准则选择最佳IMF；最后，采用二阶频率加权能量算子对最佳IMF进行解调。仿真和试验结果表明，所提方法克服了传统VMD算法分解精度受参数影响较大导致信号出现过分解或欠分解的问题，同时二阶频率加权能量算子对信号中的干扰成分具有很好的抑制作用，有效提高了诊断正确率。

摘要:为了提高采煤工作面的智能化水平，提出了基于图像和激光点云融合的煤岩识别方法。首先，利用三维重建构建了蕴含煤岩颜色信息及截割纹理特征的图像点云；其次，提出了基于改进迭代最近点（iterative closest point，简称ICP）算法的煤岩点云配准方法，提高了点对间的搜索速度和配准精度；然后，设计了基于改进区域生长算法的煤岩识别方法，通过仿真分析验证了改进措施的有效性；最后，搭建了采煤机煤岩截割实验系统，并对相关改进算法进行了实验对比分析。结果表明，所提方法的点云数据分割效果最好，煤岩识别准确率达92.95%。在煤矿井下采煤工作面进行了现场测试，进一步证明了所提煤岩识别方法的可行性和实用性。

摘要:为了对多线地铁高架桥的车桥耦合作用进行分析，基于ANSYS的参数设计语言（parametric design language，简称APDL）建立了能够考虑列车单双线行驶的地铁列车-桥耦合动力分析模型。以一座三跨四线地铁高架连续梁桥为研究对象，采用四动二拖6辆编组B型地铁列车模型，分析了地铁列车分别沿不同单双线运行时桥梁结构的动力响应。结果表明：地铁列车对桥梁的横向位移和加速度影响较小；双线对向运行时桥梁竖向位移和加速度响应峰值大于沿单线运行的情况；双线对向运行时桥梁关键截面内力响应峰值约为沿单线运行时内力代数叠加的67%~99%。所提出的数值模型和计算结果可以为多线地铁高架桥车桥耦合振动研究提供理论方法和评估依据。

摘要:为了分析风荷载对柔性光伏支架结构中索轴力的影响，通过刚性模型测压风洞试验获得不同风向、倾角和间距比下柔性支撑光伏组件的风荷载，建立3类柔性光伏支架分析模型并计算不同工况下的索轴向力。结果表明：支架不同位置的光伏组件风荷载不同，中间区域风荷载较大；将光伏组件的风荷载作为集中荷载施加在柔性索上引起的索轴力较大；不同倾角光伏支架受力随布置形式（间距比）的变化规律也不一致。基于分析结果，建议采用小间距大跨度的柔性光伏支架形式，将间距比控制在0.1以内，并将风荷载以集中力的形式施加于柔性索上，通过本研究提出的轴荷比估算风荷载引起的索轴力。

摘要:为解决多声源识别中的混叠问题，提出一种基于互谱矩阵函数的多声源识别方法。首先，对与各峰值源相关的互谱矩阵进行特征值分解，并利用特征值和特征向量构造其函数；其次，在反卷积迭代过程中，将该函数用于计算移除各峰值源后的互谱矩阵函数和输出功率；最后，将与各峰值源相关的干净波束和剩余功率谱叠加，获得多声源的分布图像。仿真与实验结果表明，该算法的输出波束主瓣窄、旁瓣低，可有效提升传统反卷积算法的动态范围，实现多声源的高分辨率识别。

摘要:为分析地铁列车进出车站振动源强规律特征及数值模拟方法，以某地铁车站为研究对象，对列车进出站引起的钢轨和车站壁面振动加速度进行了原位测试，结果表明：列车进站时，振动源强由进站端向出站端逐渐减小，车站两端壁面振动加速度级相差可达20 dB；列车出站时，出站端振动响应大于进站端，列车进出站变速运行对钢轨和车站壁面振动加速度频谱特征影响不明显，车站壁面加速度频率主要集中在30~60 Hz。基于实测数据，给出了车站内列车进出站钢轨振动变化公式，建立了考虑列车进出站运行状态和振源强度变化修正的列车轮轨力荷载模型及施加方法。计算与实测结果对比表明：该计算方法具有较好的计算精度，车站壁面加速度级计算误差小于6%。

摘要:针对板带轧机轴承工作环境恶劣、保持架与滚动体极易损坏、信号噪声大、识别困难以及实际工况对诊断速度要求高等问题，首先，提出粒子群优化变分模态分解（particle swarm optimization-variational mode decomposition，简称PSO-VMD）和多元多尺度排列熵（multivariate multiscale permutation entropy，简称MMPE）的故障诊断方法，并结合粒子群优化支持向量机（particle swarm optimization-support vector machine，简称PSO-SVM）实现故障分类；其次，轴承振动信号经VMD处理为若干模态分量（intrinsic mode functions，简称IMF），选最优分量进行包络分析；然后，针对轧机轴承垂直水平轴向振动差别较大且受较大径向力与轴向力的特点，采用MMPE并考虑3维振动信号的4个分量的MMPE值与时域指标组成特征向量；最后，基于PSO-SVM模型对方法的有效性进行验证。计算和实验结果与集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，简称EEMD）与局部均值分解（local mean decomposition，简称LMD）方法对比表明，VMD-MMPE可以优化模型的输入，提高模型的诊断正确率和速度，实现轴承保持架与滚动体不同部位和不同损伤程度的故障诊断，具有重要的工程意义。

摘要:针对滚动轴承故障诊断故障样本类别不平衡的问题，提出一种基于进化算法优化的条件生成对抗网络（evolutionary conditional generative adversarial nets， 简称ECGAN）故障诊断方法。首先，利用进化算法优化条件生成对抗网络中的生成器，使其在不同的损失函数下生成与原始样本分布相似的新样本，扩充数据集；其次，将生成的样本和原始样本输入判别器，提取出样本中有效的数据特征，判断输入样本的真假和类别；最后，通过对抗学习机制优化生成器和判别器，提高网络的故障识别能力。实验结果表明，在轴承故障样本数据类别不平衡的情况下，ECGAN模型具有较好的故障诊断性能。

摘要:针对轴箱轴承早期损伤的检测问题，提出一种基于改进多尺度离散熵算法（improved multiscale dispersion entropy， 简称IMDE）和支持向量机的诊断模型，通过提取振动信号中的关键信息有效识别轴承的健康状态。首先，考虑传统多尺度离散熵（multiscale dispersion entropy，简称 MDE）因数据点重合和粗粒化尺度不断增大而引起的熵值误差增加、分布混乱及波动明显等缺陷，通过对粗粒化过程和离散熵的优化改进算法； 其次，结合实际算例，针对高速列车轴箱轴承在不同运行状态下的振动数据进行试验验证。结果表明，相较于MDE，IMDE计算熵值的误差更小，鲁棒性更好，且支持向量机分类结果显示IMDE取得了更高的诊断精度。

摘要:针对滚动轴承单通道信号信噪比较低、不能全面和准确表征故障特征等问题，提出了一种基于全矢谱和自相关谱峭度图的滚动轴承故障诊断方法。首先，计算互为垂直的两通道振动信号的自相关谱峭度图，得到信号中最佳频带的位置，并提取重构信号；其次，为了保证信号故障信息的全面性和获取精确故障特征信息，计算重构信号的全矢包络谱；最后，分析全矢包络谱中的故障特征进行故障诊断。通过分析仿真信号及实验数据，将所提方法与快速谱峭度和自相关谱峭度图等方法进行了对比，结果表明，所提故障诊断方法能够有效地提取滚动轴承的故障特征频率，提高故障诊断的精确性。

摘要:基于声子晶体的能带结构理论，结合弹性波动方程与Bloch定理建立结构单胞的动力学方程，研究负泊松比星型周期格栅结构的面内纵向振动与面外弯曲振动的带隙特性，发现其存在丰富的禁带特性，且在较低频率范围内存在稳定的宽大带隙。对比了2种振动模式的能带结构，研究了内凹夹角、长细比等几何参数对结构等效弹性参数与带隙特性的影响，并分析了带隙频率处单胞的振动模态。研究结果表明：星型格栅中存在2种振动都被抑制的完全带隙；内凹夹角和斜梁的几何参数是影响低阶带隙的关键；旋转共振模态的出现导致最低带隙处简并态的打开。星型周期格栅结构的这些带隙特性使其在工程减振降噪中具有潜在的价值。

摘要:针对输电塔结构，给出一种基于随机子空间结合统计模型的损伤诊断方法，利用输电塔振动响应信号挖掘数据统计特征并构建高灵敏损伤诊断指标实现输电塔结构局部构件的损伤检测。首先，获取输电塔结构的瞬态动力响应数据；其次，利用随机子空间法识别模态参数，构造名义模态参数，并定义一个与参数识别过程相关的残差向量表征结构动力参数变化；最后，计算该残差对结构参数的灵敏度，并构造残差灵敏度的χ²统计量作为结构损伤诊断指标。通过数值模拟及现场试验对某足尺输电塔结构进行分析，结果表明，上述方法可有效对输电塔结构局部构件的螺栓松动、杆件破坏等损伤进行识别。

摘要:针对上海地铁阿尔斯通车型设计了一种轨道车辆轴箱传感安装结构。首先，通过对轴箱的结构及力学分析，确定了轴箱的载荷与约束条件；其次，利用实车试验，采集并分析获取了轴箱的振动主频特征和加速度功率谱密度；最后，应用ANSYS Workbench和nCode有限元软件，分析了安装结构的冲击强度、模态和疲劳强度。结果表明：在极限冲击下设计的轴箱传感安装结构最大等效应力为121 MPa，小于材料的屈服应力，且大于1.5倍的安全系数；安装结构的前6阶固有频率远离轴箱振动主频，保障了结构的稳定性；车辆3.60×10⁶ km里程对应的累计损伤为1.76×10^-3，小于破坏阈值，安装结构满足车辆使用要求。经6个月的安装测试，该安装结构无明显裂纹、变形和损伤，实现了轴箱传感器的可靠安装，为车-轨安全监测的传感器安装提供了设计分析方法和工程实践经验。

摘要:针对某电动汽车低频轰鸣声问题进行诊断与改进。首先，基于整车及单品台架声振测试，运用阶次分析、传递路径分析及数值模拟等方法对故障车和零部件进行诊断分析，确认车内轰鸣声为压缩机1阶振动激励经安装支架传递至车身致使薄壁钣金结构共振所产生；其次，按照源、路径和响应的噪声振动控制思路逐一分析，并基于工程化需求确定传递路径为优选改善方向；最后，提出2种增加安装支架隔振量的技术方案进行实车验证，确认了方案的有效性。研究结果表明，改善传递路径可有效降低该车零部件振动导致的车内轰鸣声，噪声总值降低可达11.9 dB（A），为解决同类问题提供了新思路。

摘要:针对连接件振动疲劳涉及的应力集中以及接触非线性问题，借鉴准静态疲劳分析的应力严重系数（stress severity factor，简称SSF）法对于应力集中以及接触问题的分析方式，将其推广到随机振动，采用等效SSF模型计算应力响应，提出连接件振动疲劳寿命分析的SSF法。算例验证结果显示，2个载荷谱激励下，振动疲劳寿命的计算误差分别为27.3%和30.7%。结果表明，SSF法具有快速、高精度的特点，能够达到工程中快速评估连接件振动疲劳寿命的需求。

摘要:转子绕组匝间短路故障是调相机的一种常见故障，一旦出现就会直接影响调相机在系统中的无功输出。由于调相机在运行过程中时常要对无功功率进行调节，仅用单独的特征量难以准确地对故障进行诊断，极易出现误判。针对此问题，提出一种基于DS证据理论（DS evidence theory，简称DST）的调相机转子轻微匝间短路故障的诊断方法，综合利用振动信号和励磁电流中的感应谐波对故障进行诊断。首先，通过随机森林计算单独特征量下的故障概率；其次，通过DST的组合规则将二者的结果进行综合诊断；最后，通过实验进行验证。实验结果表明，该方法诊断的正确率均高于单独特征量的诊断，可以有效提高调相机转子轻微匝间短路故障识别的准确性。

摘要:针对列车超速防护（automatic train protection，简称ATP）系统车载设备故障诊断主要依靠人工经验以及效率低的问题，提出了深度置信网络-汉明距离（deep belief network-Hamming distance，简称DBN-HD）车载故障诊断模型。首先，利用DBN无监督地提取车载故障数据的抽象特征，获得原始数据的低维表示形式，将其输入附加在顶层的分类器输出诊断结果；其次，比较实际输出与期望输出之间的HD，将HD作为误差采用反向传播（back propagation，简称BP）算法自顶向下地微调DBN权值，完成模型训练；最后，利用某局集团公司电务段车载故障数据分析和验证模型参数对模型性能的影响。研究结果表明，与支持向量机（support vector machine，简称SVM）、反向传播神经网络（back propagation neural network，简称BPNN）和DBN进行对比，本研究提出的DBN-HD模型具有更高的正确率和运行效率，适用于实际车载设备故障诊断。

摘要:针对转子平衡问题，分析了目前国际上常用的确定许用剩余不平衡量的方法，探讨了各标准及相关方法的原理、出发点及发展历史，明确了不同计算方法中各物理量的含义，提出了在使用不同方法时的注意事项和建议，比较了各方法所得出的许用剩余不平衡量引起的不平衡力以及所占轴颈静载荷的百分比。通过试验验证了许用剩余不平衡量对高速叶轮机械振动和温度的影响。对于常用的平衡品质级别：在现有常用动平衡机能达到的灵敏度内，美国石油协会（American Petroleum Institute，简称API）规定的许用剩余不平衡量最小，对轴承寿命的影响也最小；工程应用中，需考虑动平衡机的灵敏度，以确定合适的许用剩余不平衡量；许用剩余不平衡量应按照相应的准则分配到校正平面；确定许用剩余不平衡量的各方法所用公式中物理量的含义各不相同，具有较强的行业特征和时代特征，其中API考虑了动平衡机的灵敏度水平，更具技术先进性、经济性、可操作性及应用参考价值。

摘要:对岸桥前大梁的结构参数和运行参数进行了同步优化。首先，建立前大梁系统简化力学模型，对比整机有限元模型与简化模型的有限元模型得到前3阶模态频率，验证了简化模型的有效性；其次，为了提高优化过程的计算效率，利用假设模态法及拉格朗日法得到简化模型的动力学方程；然后，以Runge-Kutta法计算得到简化模型的吊重摆角最大值、岸桥前大梁中点处的最大挠度及小车总运行时间为优化目标，采用多目标遗传算法对岸桥前大梁系统的结构参数及小车运行参数进行同步优化，得到Pareto解集；最后，根据系统性能的具体需求从解集中选择合理的解，指导岸桥前大梁系统的结构设计以及小车运行参数的设定，为岸桥防摇提供了一个新的思路。

摘要:为了提高胶合木框架结构的抗震性能，对4根不同构造形式的木壳屈曲约束支撑（timber buckling-restrained braces，简称TBRB）进行低周反复荷载试验，分析了木壳屈曲约束支撑的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态主要为钢内芯拉断、钢内芯局部屈曲和木材局压破坏、胶合木开裂和钢内芯多波屈曲；所有试件的滞回曲线基本上呈梭形，耗能良好，初始刚度较大，低周反复荷载下支撑刚度退化明显；经内衬钢板和端部加强的木壳屈曲约束支撑的耗能能力、延性、极限承载力均优于其余3种构造，但对初始刚度影响不大。研究结果表明，内衬钢板和端部加箍的木壳屈曲约束支撑可实现更好的抗震性能，具有良好的实践性，可为胶合木框架结构抗震设计提供参考。

摘要:针对道路风吹雪灾害的工程防雪措施，采用数值模拟与现场实测相结合的方法，系统研究防雪栅透风率和不同阶段积雪形态对防雪栅周边流场的影响特性，分析不同阶段积雪的形成机理，得到防雪栅周边积雪的演化规律。结果表明：随着防雪栅透风率的增加，防雪栅背风侧低速区以及旋涡范围逐渐缩小，雪颗粒堆积的速度变慢，对于不同透风率的防雪栅，积雪均最先在其背风侧5 H~9 H范围内发生沉积（H为防雪栅高度），并逐渐向两侧延伸；防雪栅底部间隙使得气流在防雪栅底部被加速，雪颗粒不易沉积，有效延长了防雪栅被积雪掩埋的时间；防雪栅两侧-2.5 H~18 H范围雪颗粒均会发生沉积，随着积雪厚度的不断增加，积雪的增长速率逐渐趋缓。

摘要:管道泄漏信号的降噪是精确定位泄漏点的关键，但该信号具有非平稳、非线性的特性，传统方法对这类信号的去噪效果有限。为了有效剔除噪声以提升泄漏定位的精度，提出了一种基于变分模态分解（variational mode decomposition，简称VMD）的自适应降噪方法。首先，通过相关系数筛选有效固有模态函数（intrinsic mode function，简称IMF）实现信号重构；其次，根据重构信号信息熵的最小值，得到VMD的最优分解层数和最优降噪信号；最后，通过负压波理论实现泄漏定位，并搭建了管道泄漏实验系统对所提方法进行验证。结果表明：该方法能有效抑制噪声，保留了信号的波形特征，且能识别出明显的负压波拐点；泄漏定位的最小相对误差为0.9%，最大为3.75%。与传统方法相比，所提方法定位的精度更高，结果更稳定。