• 2023年第43卷第3期文章目次
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    • 机械臂与环境交互的位置/力切换抑制振动方法

      2023, 43(3):419-426. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.001

      摘要 (272) HTML (66) PDF 0.00 Byte (389) 评论 (0) 收藏

      摘要:当机械臂执行位置/力的混合跟踪任务时,位置控制一般用于机械臂的自由运动阶段,力控制一般用于约束运动阶段。这种位置/力切换的控制结构既能实现与环境接触前对机械臂位置的精确控制,也能保证接触后对期望控制力的准确跟踪。由于开关系统本身存在的切换不稳定性,机械臂在以一定的速度与环境接触时,机械臂执行器会在环境表面振动甚至弹跳。针对此问题,提出了一种半主动阻尼阻抗学习方法,该方法主要包含两部分:基于位置/力切换控制的半主动阻尼控制器;基于一种逆秩拟牛顿法(broyden fletcher goldfarb shanno,简称BFGS)的阻抗学习算法,根据学习到的环境参数调节半主动阻尼,实现机械臂在接触面的振动抑制和平稳过渡。在仿真及实验中,应用提出的方法让机械臂与不同环境交互,结果表明:该方法能很好地抑制接触过渡阶段的超调力,并防止机械臂在切换过程中的振动,实现了柔顺接触和平稳过渡。

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    • >论文
    • 基于非负贝叶斯正则化的冲击载荷光纤识别法

      2023, 43(3):427-434. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.002

      摘要 (1475) HTML (52) PDF 0.00 Byte (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对目前冲击载荷识别中存在的传感器质量不可忽略和识别结果带有负分量问题,提出基于非负贝叶斯正则化的复合材料结构冲击载荷光纤识别方法。首先,将光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感器集成于复合材料筒舱结构上,获取其动态响应信号;其次,建立冲击载荷识别模型,将冲击载荷识别问题表示为时域离散的反卷积问题;最后,考虑到冲击载荷的非负特性,通过贝叶斯层次化建模获得其后验概率密度函数,最大化概率密度函数得到冲击载荷的最大后验概率解。结果表明,FBG传感器可以较好地实现多个传感点冲击响应的同步测量,非负贝叶斯正则化方法可以有效地克服传统Tikhonov正则化的不足,自适应确定算法参数,消除没有物理意义的负分量,使得重建的冲击载荷时间历程与实际历程相吻合。

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    • 尺蠖式压电线性作动器设计及实验研究

      2023, 43(3):435-441. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.003

      摘要 (170) HTML (36) PDF 0.00 Byte (406) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对空间环境下小型抓取操作机构对新型作动器的使用需求,考虑压电作动器具有耐温范围宽、无电磁干扰及断电自锁等特点,仿照昆虫尺蠖的行走方式设计一种新型压电线性作动器。首先,利用柔性铰链式位移放大机构放大压电陶瓷(Pb-Zr-Ti,简称PZT)叠堆的输出位移,以增大线性作动器的移动步长及对导轨的夹紧变形量,将多个压电陶瓷叠堆器件分为3组,分别作为尺蠖式压电线性作动器的2个夹持单元和1个推进单元的激励源,以获得较大的驱动力并进一步增大作动器的移动步长;其次,借助有限元仿真分析软件,研究压电陶瓷叠堆力电耦合行为的预测方法,并实验验证该方法的可行性;然后,简化柔性铰链式位移放大机构,提出放大倍数的数值分析方法,对位移放大机构在压电陶瓷叠堆作动方向上的刚度进行仿真分析,并验证放大倍数的数值分析方法的准确性;最后,基于设计的线性作动器开展实验研究。结果表明:位移放大机构对压电陶瓷叠堆输出位移的放大倍数为7.3,处于理论值与仿真值之间;在激励电压频率为5 Hz时,作动器的最大空载移动速度为413 μm/s;作动器的最大推动力为16 N,对应的驱动速度为19 μm/s。以上研究结果能为小型抓取操作机构的智能驱动提供技术支持。

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    • 地铁车辆起动区段钢轨波磨成因分析

      2023, 43(3):442-449. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.004

      摘要 (817) HTML (43) PDF 0.00 Byte (371) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究地铁出站口附近直线起动区段钢轨波磨形成原因,利用有限元软件ABAQUS建立了三维实体轮对-轨道瞬态滚动接触模型,并结合现场实测,从时域和频域上对波磨现象进行了分析。研究结果表明:车辆起动过程中,车轮与钢轨表面接触带会产生准周期特性的滑移区域,且滑移区域中心之间的距离与实测波磨的波长范围接近,从而验证了模型的合理性和有效性;轮轨系统的不稳定摩擦自激振动是导致实测区段钢轨波磨产生的根本原因,正是由于轮轨蠕滑力“饱和-非饱和”的周期特性,最终促使了波磨的形成;钢轨和车轮的垂向振动加速度等级在160~230 Hz频率范围内均出现了峰值区域,且频率范围与实测波磨的特征频率范围174~198 Hz接近,这进一步说明钢轨波磨是轮轨系统摩擦自激振动引起的车轮-钢轨共振所产生;在忽略初始不平顺的前提下,钢轨表面的波磨会随着车轮运行次数的增加呈现线性增长趋势,因此适当地采取钢轨打磨以及轨面润滑等措施尤为重要。

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    • 基于应变冲击系数指标的悬索桥损伤识别方法

      2023, 43(3):450-458. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.005

      摘要 (843) HTML (29) PDF 0.00 Byte (372) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现大跨度悬索桥的快速检测与评估,提出了一种基于动力放大系数的改进损伤识别方法。首先,通过对比完好和损伤桥梁的应变冲击系数构建损伤指标,其中完好桥梁的基准动态响应数据通过自编的车桥耦合程序得到;其次,结合全桥损伤指标的峰值与整体变化趋势进行分析,实现对结构损伤的定位与损伤程度的评估;最后,通过数值模拟和悬索桥缩尺模型试验,验证了该方法对于桥梁损伤定位和定量的有效性。数值模拟与试验结果表明,该方法可较为准确地定位悬索桥损伤,对损伤程度实现初步定量判定。利用损伤桥梁与完好桥梁损伤指标的差值评估桥梁损伤情况,可消除桥面不平顺度对损伤识别的影响。该方法抗噪能力较强,具有较好的工程应用前景。

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    • 台风浪下海上机场VLFS动态响应与能量转换机理

      2023, 43(3):459-466. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.006

      摘要 (68) HTML (54) PDF 0.00 Byte (272) 评论 (0) 收藏

      摘要:超大浮式结构(very large floating structure,简称VLFS)是集空港和海港为一体的大型海上多功能浮式结构,现有研究大多关注规则波下刚性模块柔性连接模型的动力响应,忽略了台风浪极端环境下海上机场自身柔性引起的非线性振动特性。针对此问题,提出了一种新型多柔-刚性混合模块建模方法,采用Jonswap谱特征参数对台风“鲇鱼”过境实测海浪谱开展了精细化仿真模拟,分析了台风浪下海上机场VLFS整体和局部非线性动态响应特性,揭示了海上机场与环境荷载之间的能量转换机理。结果表明:海上机场多柔-刚性混合模块模型可以较好地反映此类VLFS结构动力响应特性;海上机场超长柔性及台风浪场不均匀性使其结构呈现显著非线性,位移、转角和水弹性变形分别以沿波向、绕展向和沿垂向为主,极值应力主要分布于撑杆附近;环境荷载能量和结构重力势能在初始阶段主要转换为系泊势能,稳定阶段则主要转换为结构动能和弹性势能。

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    • 电磁混合主动悬架多模式协调切换控制

      2023, 43(3):467-475. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.007

      摘要 (115) HTML (51) PDF 0.00 Byte (466) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对直线电机主动悬架输出力相对较小而影响减振性能的问题,设计了电磁混合主动悬架结构和多模式协调切换控制策略。首先,动态调整引力常数提升引力搜索算法的全局搜索能力和局部开发能力,解决了引力搜索算法易早熟收敛、陷入局部最优的问题;其次,根据不同控制目标设立相应的适应度函数,利用改进后的引力搜索算法优化对应目标函数下线性二次型最优(linear quadratic gaussian,简称LQG)控制的加权系数;最后,分析并确定了电磁混合主动悬架在不同车速下的电磁阀最优控制电流,设计电磁混合主动悬架的电流切换控制器,仿真分析悬架的减振性能,并开展台架试验。仿真与试验结果表明:相比LQG控制,多模式协调切换控制的悬架系统低速时簧载质量加速度均方根值减小31.09%,高速时轮胎动载荷均方根值减小32.20%,中速时簧载质量加速度均方根值和轮胎动载荷均方根值分别减小25.28%和23.56%;多模式协调切换控制策略能有效提升车辆的平顺性和操纵稳定性。

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    • 巷道掘进机多传感融合定位系统及试验研究

      2023, 43(3):476-484. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.008

      摘要 (539) HTML (63) PDF 0.00 Byte (430) 评论 (0) 收藏

      摘要:煤矿巷道掘进机的自主精确定位是煤矿掘进智能化发展的基础,而复杂的掘进工艺和恶劣的掘进环境使得掘进机定位存在自主性不足、精度低以及易受环境干扰等问题。为实现巷道掘进机自主精确定位,首先,基于扩展卡尔曼滤波构建了里程计辅助惯性定位系统以约束惯性定位的误差发散;其次,结合掘进机施工工艺提出柔性零速校正方法,进一步提升掘进机惯性定位精度;然后,基于误差状态卡尔曼滤波和多状态约束模型实现了惯性、视觉和里程定位的高效融合;最后,搭建了掘进机在暗环境下自主定位的样机试验系统。实验结果表明:所提柔性零速校正方法可以提升掘进机定位精度约21.64%;所提掘进机多传感融合定位系统三轴定位误差分别可达到横向0.13 m以内、前向0.17 m以内、天向0.02 m以内,相比独立惯性和视觉系统的定位精度分别提升49.62%和57.71%。实验结果验证了所提方法与系统的可行性与有效性,满足煤矿规程中巷道掘进机定位需求。

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    • 基于迭代修正DFT的车轮多边形磨耗状态识别

      2023, 43(3):485-492. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.009

      摘要 (97) HTML (48) PDF 0.00 Byte (283) 评论 (0) 收藏

      摘要:受车辆变速运行、轨道随机不平顺等因素的影响,轨道车辆的运行过程为典型的非平稳过程。由于传统方法对于非平稳信号的处理不理想,使得车轮多边形磨耗阶次与幅值的准确识别比较困难。为提高车轮多边形磨耗状态的识别准确度,提出了一种基于迭代修正离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,简称DFT)的动态识别方法,采用车辆处于相对稳定速度运行时产生的轴箱垂向振动加速度信号进行分析。首先,通过设定适当的平稳性检验条件,从样本信号中抽取出部分相对平稳的短时信号;其次,对所抽取的短时信号进行频域分析与迭代计算,获得各阶车轮多边形的振动频率与振动周期;然后,根据振动周期的长度对所抽取的短时信号进行二次截断,获得代表各阶车轮多变形振动周期整数倍长度的新短时信号;最后,结合车轮多边形的几何特征与动态特性,对抽取的新短时信号再次进行频域分析与磨耗参数(阶次、幅值)计算,进而实现对车轮多边形磨耗状态的准确识别。分析表明,该识别方法有效减少了传统分析方法中因栅栏效应和频谱泄漏等固有缺陷导致的识别误差,可消除大部分非平稳因素的干扰,为轨道车辆的安全运行维护提供理论支持和方法参考。

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    • 含圆形缺孔平板结构振型的连续扫描激光测试

      2023, 43(3):493-499. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.010

      摘要 (75) HTML (43) PDF 0.00 Byte (271) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现含任意圆形缺孔的平板结构的振动变形测量,提出了一种子区域划分测试与振型重构的激光连续扫描多普勒测试方法。首先,将任意圆形缺孔的平板结构表面通过子区域划分,得到完全覆盖的多个矩形和圆环形扫描的子区域,并分别使用恒速直线连续扫描和螺旋线扫描的方法,得到各子区域的振动变形;其次,考虑子区域分别扫描中存在的振幅比例、基准平面和旋转角度不同以及节径两侧反向振动等问题,拼接和重构所有子区域的振动变形,得到整体结构的振动变形;最后,将振型结果与仿真结果进行对比,模态置信因子(modal assurance criterion,简称MAC)均大于0.95,验证了方法的有效性。该方法可实现含有任意圆形缺孔的平板结构的连续扫描激光振动测试,具有效率高、测点密集等优点,对进一步提高其工程应用的适用范围具有重要作用。

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    • 基于模糊聚类和CNN-BIGRU的轨道电路故障预测

      2023, 43(3):500-507. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.011

      摘要 (444) HTML (71) PDF 0.00 Byte (449) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对轨道电路稳态环境下故障诊断时效性不足的问题,提出一种基于Gath-Geva (GG)模糊聚类对轨道电路退化状态进行划分,并利用卷积神经网络(convolutional neural network, 简称CNN)和双向门控循环单元(bi-directional gated recurrent unit, 简称BIGRU)进行轨道电路故障预测的方法。首先,通过集中监测设备获取ZPW-2000轨道电路各类故障发生前一定时间内的正常工作数据;其次,通过核主成分分析进行特征降维和GG模糊聚类对轨道电路性能退化状态进行阶段划分,识别不同的退化状态;最后,利用CNN-BIGRU混合神经网络挖掘轨道电路不同故障类型数据特征,对轨道电路退化状态所对应的故障类型进行预测。实验结果表明,该算法可以精确划分轨道电路退化状态并实现故障预测,CNN-BIGRU预测模型分类精确度可达97.62%,运行时间仅为13.18 s,能够为轨道电路的多模式健康状态识别提供一种有效的方法。

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    • 磁力扰动法测量铁磁性锅炉管氧化皮堵塞

      2023, 43(3):508-512. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.012

      摘要 (521) HTML (27) PDF 0.00 Byte (261) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决铁磁性锅炉管氧化皮堵塞检测难题,提出一种磁力扰动法的无损检测方法。首先,采用数值模拟方法对正交放置的两电磁铁作用下的铁磁性锅炉管进行磁场分布特征分析,并通过实验验证仿真结果的正确性;其次,使用声发射技术对磁场作用下氧化皮碰撞管壁发出的声音进行采集,建立波形特征参数与氧化皮堵塞面积比的定量关系。结果表明:铁磁性锅炉管磁导率的非线性特点使得两电磁铁在管道内形成一种能穿透管壁直接吸引氧化皮的独特磁场,其吸引能力下限低至10%堵塞面积比;以幅值绝对值为权重的声信号加权平均时间可以作为判定被检管道堵塞面积比是否超标的依据。该方法具有一定的工程应用前景。

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    • 基于FA-LN-BiGRU的机械设备剩余寿命区间预测方法

      2023, 43(3):513-519. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.013

      摘要 (128) HTML (72) PDF 0.00 Byte (353) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对数据驱动融合模型存在前后模型不匹配、关键信息丢失等问题,提出了一种端对端的预测方法,即基于特征注意力机制的对数正态分布和双向门控循环单元融合(feature attention-lognorm-bidirectional gated recurrent unit, 简称FA-LN-BiGRU)的剩余寿命区间预测方法。首先,利用特征注意力机制从多维度、非线性和大规模的传感器信号中提取出关键特征向量;其次,采用BiGRU网络从前向和后向2个方向对注意力加权特征的时变特性进行建模学习,并通过最大似然估计损失函数来训练网络参数,获得网络隐含状态输出向量的概率分布;最后,计算出基于对数正态分布的概率密度函数,实现设备剩余寿命(remaining useful life,简称RUL)不确定性的衡量。分析结果表明,对于运行条件复杂和故障模式多变的多维监测数据,所提方法能够深入挖掘性能退化信息,有效提高机械设备剩余寿命点预测和区间预测的准确度和可靠性。

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    • 基于参数反求法的目标假车底盘碾压模型修正

      2023, 43(3):520-524. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.014

      摘要 (83) HTML (63) PDF 0.00 Byte (299) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对某目标假车底盘结构设计开发中的碾压性能仿真分析问题进行研究,首先,通过非线性动力学有限元方法进行底盘碾压性能仿真,并与实验结果进行对比,分析指出误差较大的原因;其次,应用参数反求法对底盘碾压模型中的实验车车轮模型参数进行修正,基于遗传算法得到车轮模型参数的最优解;最后,依据车轮模型参数的最优解进行参数修正,修正车轮参数后的目标假车底盘碾压仿真模型仿真结果与实验值的拟合程度大幅提高。研究结果表明:测量点最大位移值误差由原来的16.7%下降到2.6%,评估点均方根误差下降了91.9%,可为后续结构损伤诊断及结构优化等仿真研究提供基准模型。

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    • 齿轮磨损和接触疲劳竞争失效可靠性模型

      2023, 43(3):525-530. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.015

      摘要 (88) HTML (45) PDF 0.00 Byte (566) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了计算齿轮可靠度,针对磨损失效和疲劳失效2种常见的失效方式,分别建立了失效概率模型,在此基础上计算出可靠度,并考虑了服从泊松过程的冲击对磨损和接触应力的作用。磨损采用累积磨损的形式,建立了磨损-磨损阈值干涉模型。接触疲劳失效考虑随机强度退化,建立了动态强度-应力干涉模型。以某矿用挖掘机提升减速器中的齿轮为研究对象进行可靠性分析,对模型和方法进行验证,得到了考虑冲击作用的2种失效模式竞争的齿轮可靠度计算结果,分析了不同冲击参数下可靠度值。结果表明,模型对于估计寿命、材料选取等工程问题有一定的参考价值。

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    • 压电纤维致动器的率相关偏置迟滞建模及补偿

      2023, 43(3):531-538. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.016

      摘要 (132) HTML (50) PDF 0.00 Byte (386) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了克服传统压电陶瓷韧性不足,利用压电宏纤维(macro fiber composite, 简称MFC)换能效率高且变形能力强的优点,提出了一种MFC致动的柔性结构,建立了描述MFC动态偏置迟滞非线性的率相关双极性偏置PI(rate-dependent bipolar bias PI, 简称RDBBPI)迟滞模型,并进行了前馈补偿控制研究。首先,针对MFC致动柔性结构的静态偏置迟滞特性,利用Prandtl-Ishlinskii(PI)模型描述系统的对称迟滞特性,并通过叠加死区算子来捕捉其双极性偏置特性,建立了MFC致动器的静态双极性偏置PI(bipolar bias PI,简称BBPI)模型;其次,确立迟滞环斜率与驱动信号速率之间的线性关系,得到描述MFC致动器动态迟滞特性的RDBBPI模型;最后,进行了实验验证。实验结果表明:所提出的RDBBPI模型能够很好地捕捉不同频率下MFC致动柔性结构的动态迟滞特性;在基于RDBBPI模型的前馈补偿下,MFC致动柔性梁构件的实测振动位移与期望跟踪位移基本重合,补偿后结构实测位移与期望轨迹之间的线性度误差为4.62%,证实了所提RDBBPI模型对MFC致动器驱动控制和位移跟踪精度的改善效果。

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    • 自适应时频插值非平稳实测风速模拟

      2023, 43(3):539-546. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.017

      摘要 (1281) HTML (39) PDF 0.00 Byte (346) 评论 (0) 收藏

      摘要:经典的基于理论规范谱的谱表示法(spectral representation method,简称SRM)可有效模拟自然界大部分风速,但在应用于极端恶劣的实测风速模拟时存在较大偏差,且模拟效率低下。针对这一问题,分别以台风“杜鹃”(弱非平稳)和实测下击暴流风速(强非平稳)为研究背景,首先,以实测风速谱为目标,对理论规范谱进行修正,建立基于修正谱的模拟方案,使得模拟风速更加贴近真实的实测风速;其次,在基于修正谱的风速模拟平台中,引入时频插值技术,并以“平均分辨率”为量化指标,设计一种自适应插值增强方案,从二维角度,实现时频域插值点非均匀分布的自动化确定,避免时域、频域上的局部精度损失和人工测试插值参数的麻烦。数值表明:基于上述方案的模拟结果较好地保留了非平稳实测风速的时域特性和功率谱特性;自适应时频插值方案的引入,在误差损失减小78%左右的情况下,模拟效率提高了76%左右。

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    • 旋转设备数据不平衡问题的数据生成方法

      2023, 43(3):547-554. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.018

      摘要 (141) HTML (53) PDF 0.00 Byte (298) 评论 (0) 收藏

      摘要:在旋转设备运行状态监测及故障识别时,采集的样本多为无故障样本,而故障样本较少,这种数据分布的不平衡会严重影响分类器识别的准确性。针对此问题,提出了一种少数样本数据生成方法,即基于傅里叶变换与皮尔逊系数优化的生成对抗神经网络(Fourier-Pearson generative adversarial networks,简称FP-GAN)模型。通过对故障少数样本的扩充,提高故障诊断训练和识别的准确性。首先,使用傅里叶变化得到信号频域的单边谱,使用GAN网络生成信号频域;其次,通过皮尔逊相关系数对生成的数据进行优化;最后,通过傅里叶逆变换获得更接近真实数据的生成数据。仿真和实验数据验证表明,基于FP-GAN生成的数据样本在时域特征、时域统计特征以及分类器分类结果方面都能较好地与已有实际数据融合,可以对小样本数据进行增强,能有效解决数据不平衡问题。

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    • 半主动磁流变库伦阻尼缓冲座椅力学特性分析

      2023, 43(3):555-562. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.019

      摘要 (89) HTML (52) PDF 0.00 Byte (274) 评论 (0) 收藏

      摘要:飞行器着陆或者坠落过程中会产生较大的冲击,为了改善乘员所受到的冲击损伤,提出了半主动磁流变库伦阻尼缓冲座椅系统。为分析缓冲座椅的力学特性,首先,建立座椅系统力学模型,利用拉格朗日方程建立座椅系统运动微分方程;其次,基于系统运动微分方程,分析系统刚度、阻尼以及不同跌落高度对缓冲座椅力学特性的影响;然后,分析了磁流变库伦阻尼器的安装方式对系统缓冲性能的影响,并利用T-S模糊模型实现座椅系统半主动控制,将系统的极限距离缓冲效果与最优缓冲效果进行对比;最后,通过缓冲座椅原理样机的跌落试验对上述理论计算结果进行验证。研究发现,相比于传统的线性缓冲器,所提出的缓冲座椅能够适应不同的跌落冲击强度,具有良好的缓冲性能。

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    • 基于振动模型的掘进机截割系统稳定性预测

      2023, 43(3):563-571. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.020

      摘要 (70) HTML (29) PDF 0.00 Byte (279) 评论 (0) 收藏

      摘要:掘进机截割过程受动态径向和轴向载荷影响,截割臂会产生水平和竖直方向的摆动,摆动截割过程由煤岩反作用力产生的截割振动对截齿冲击最大,其振动量大小直接影响截割头的稳定性。为判断截割过程截割载荷是否稳定,首先,基于岩石断裂力学和煤岩破碎理论,建立掘进机截割系统物理本构模型,构建截齿和截割头截割载荷谱函数;其次,基于牛顿差值多项式方法进行截割过程截割稳定性预测,构建多因素耦合的非线性截割系统动力学方程,求解动态振动稳定域截割曲线(截割稳定性叶瓣图);然后,提出一种基于相关系数的无量纲截割振动判定准则,从理论和实际两方面判定截割头不同时刻的截割状态;最后,通过搭建截割系统实验台,进行截割系统模态参数辨识实验,测试破岩过程截割头截齿随机载荷特性,研究不同截割参数组合下截割载荷变化规律,得出截割头转速与截割深度的最佳匹配关系,从而证明截割稳定性叶瓣图的正确性。

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    • 扁平流线型箱梁涡激振动及气动力特性分析

      2023, 43(3):572-577. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.021

      摘要 (82) HTML (40) PDF 0.00 Byte (291) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究扁平流线型箱梁涡激振动及气动力特性受附属构件的影响,选取某准流线型桥梁主梁为研究对象,通过增减模型的附属构件来模拟裸梁和非裸梁2种断面,进行了不同风攻角下的风洞测压和测振试验。结果表明:扁平流线型箱梁的涡激振动特性受模型附属构件的影响较大,栏杆断面在正攻角下更易发生涡激振动;在相同攻角和风速情况下,栏杆断面存在更为明显的卓越频率,说明模型附属构件会对扁平流线型箱梁的旋涡脱落产生较大影响;扁平流线型箱梁平均风压系数受模型断面的影响较大,但脉动风压系数受模型断面和风攻角的共同影响;不同模型断面会对扁平流线型箱梁的平均三分力系数造成影响,但其变化趋势主要与风攻角有关。

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    • 基于Fast-SC和EC的滚动轴承故障检测

      2023, 43(3):578-583. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.022

      摘要 (277) HTML (88) PDF 0.00 Byte (391) 评论 (0) 收藏

      摘要:解调分析的关键在于准确找到合适的解调频带,针对此问题,提出一种基于快速谱相关(fast spectral correlation, 简称Fast-SC)和包络谱谱峰因子(crest of envelope spectrum, 简称EC)的解调频带确定方法,应用于滚动轴承故障检测。首先,对信号进行Fast-SC计算,采用考虑滚动体滑移误差的故障频率区间作集成谱相关切片并将其作为目标谱相关曲线,根据其最大值确定解调频带的中心频率搜索中心;其次,用同时考虑冲击信号强度与周期性的EC进行频带优化选择,自适应获得优化的滤波参数组;最后,根据所得滤波参数组对信号进行带通滤波,并求其包络谱,实现轴承故障特征频率提取。仿真和实验表明,与Autogram解调算法相比,所提方法降噪能力更强,解调频带的选择更优。

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    • 城市轨道交通桥梁-列车-乘客动力相互作用

      2023, 43(3):584-592. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.023

      摘要 (58) HTML (25) PDF 0.00 Byte (313) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确保城市轨道交通线路安全舒适运营,以北京地铁5号线上的三跨连续箱梁桥为背景,建立桥梁-车辆-乘客动力相互作用分析模型,推导其动力平衡微分方程并编写相应计算程序,分别计算了桥梁、车辆及乘客的振动响应,并对各响应极值的变化规律及列车运行平稳性进行分析,采用实测数据对计算结果进行验证。研究表明:所建立的动力分析模型及计算程序具有较好的可靠性;该连续箱梁桥处于比较良好的工作状态;在现行车速条件下,车辆的振动加速度、横向力、轮重减载率及脱轨系数等平稳性、安全性指标均在理想范围内;乘客与车辆的振动响应存在明显差异,且具有一定的滞后性;位于车厢中部的乘客振动响应极值比位于车厢端部位置的偏小,中部车厢内的乘客振动响应小于两端车厢内的乘客。

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    • 滚动轴承优选WPE与ANVTPSO-BPNN故障诊断

      2023, 43(3):593-602. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.024

      摘要 (461) HTML (61) PDF 0.00 Byte (349) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高滚动轴承故障诊断的效率和准确率,提出一种基于优选小波包能量(wavelet packet energy,简称WPE)联合自适应无速度项粒子群优化前馈神经网络(adaptive no velocity term particle swarm optimization-back propagation neural network,简称ANVTPSO-BPNN)的滚动轴承故障诊断方法。首先,采用小波分析对轴承振动信号进行消噪,并通过小波包分解提取能量特征,对基函数和分解层数进行优选;其次,采用自适应方式调节PSO算法的惯性权重和学习因子,并对标准PSO算法舍弃速度项以避免粒子初始速度对算法收敛速度和求解精度的影响;最后,针对某滚动轴承的实测数据,完成了5种不同策略的BPNN算法验证。结果表明:提出的方法迭代步数只有273步,诊断精度达到99%,较消噪前后的BPNN及消噪后的2种PSO-BPNN,具有更高的诊断效率和准确率。

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    • 基于注意力机制改进的SAB异步电机故障诊断

      2023, 43(3):603-608. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.025

      摘要 (86) HTML (130) PDF 0.00 Byte (363) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于电机结构及其运行环境复杂,导致各类故障与故障特征存在较强的非线性关系,单一信号信息含量有限,无法满足诊断需求。针对此问题,以电流、磁场信号为监测信号,提出基于注意力机制改进的支持向量机-自适应提升算法(SVM-AdaBoost,简称SAB)的故障诊断方法。首先,通过希尔伯特变换和快速傅里叶变换提取信号频域特征;其次,通过SAB分类器,对多源样本分别进行训练,获取各子分类器预测结果;最后,基于注意力机制调整权重矩阵参数,对电流、电磁信号进行信息融合,改进SAB分类器以提高故障诊断的准确率。研究结果表明:不同信号对各类故障的敏感程度不同;所提方法可以实现对转子断条故障、定子短路故障、轴承故障的诊断分类,与传统方法对比,该方法明显提高了故障诊断的鲁棒性和准确性。

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    • 基于非线性超声理论的销轴连接承载状态监测

      2023, 43(3):609-614. DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.03.026

      摘要 (473) HTML (25) PDF 0.00 Byte (298) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统线性超声方法对于界面接触状态的微小改变不敏感的问题,提出了基于非线性超声理论的销轴连接承载状态监测方法。首先,分别在销轴和耳板上各安装1个压电陶瓷片用于发射和接收超声波信号,利用非线性超声理论分析接收信号的2次谐波来识别销轴连接的荷载;其次,对超声波在销轴和耳板间的传播机理进行理论研究,基于粗糙界面的接触声学非线性原理建立了线性和非线性特征参数与界面压力之间的关系;最后,通过销轴连接装置的试验研究,对理论分析结果进行验证。结果表明,线性特征参数无法识别出销轴连接状态的微小改变,而基于2次谐波的非线性特征参数能有效识别全部试验荷载工况下销轴连接状态的改变。

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