摘要:为实现工程动态测试中的精密计算，首先，讨论了频率、幅值、相位和阻尼等基本参量的校正计算方法；其次，研究了动态范围、频响特性和微积分转换等动态系统特性的扩展；最后，举例介绍了基于综合系统建模的高精度动态信号测试方法。对测量后的信号使用人工智能方法进行识别和评估，讨论了将机理特征提取与深度学习相结合的方法，介绍了样本增强、迁移学习和自编码学习等方法，用于解决工程中少样本或无负样本的问题。

摘要:为了降低采煤机永磁传动系统中的电机定子振动，基于永磁体磁链模型，结合电机矢量控制建立考虑齿槽效应的永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，简称PMSM）模型。对包含永磁同步电机、齿轮传动系统、截割滚筒负载特性的采煤机永磁传动系统机电耦合动力学模型进行仿真，得到有载工况气隙永磁体径向磁通密度与电枢电流径向磁通密度。在此基础上，分析了定子硅钢芯与非晶合金芯的电磁力、磁致伸缩力、振动位移与共振点。定子为硅钢芯时，磁致伸缩力最大值达到电磁力的23.8%，在电机转速为393 r/min时出现激励频率18f_m引起的共振现象；定子为非晶合金芯时，磁致伸缩力相较于硅钢芯时明显增加，最大值达到电磁力的58.5%，在电机转速为288和433 r/min时出现激励频率18f_m和12f_m引起的共振现象，在实际使用中应加以注意。

摘要:为研究跨度长达1.7 km的深圳国际会展中心风压分布特性，采用节段模型方法进行风洞测压试验并考虑不同展馆之间的相互干扰效应。对基于互信息的观测极值法，应用不同模型最小独立观测时距的包络值作为样本独立观测时距进行简化。结果显示：简化方法的极值风压估计结果和严格基于互信息的观测极值法结果具有很好的一致性和统计稳定性，大大提高了计算效率；屋盖整体的风压分布特征显示了节段模型方法的合理性，且采用节段模型方法可以更加细致地描述屋盖边角区域，从而更准确地获取该区域的风压分布特征；节段模型方法可较准确地反映不同展区屋盖之间的相互干扰影响，展馆间的风敏感位置的极值负压干扰系数最大可达1.26，整个屋盖结构的最小负压达-7.0 kPa，且高负压主要出现于整个屋盖角部区域，抗风设计时应对高负压角区给予足够的关注。

摘要:针对现有常用航天器微振动信号处理方法的不足，以辛几何模态分解方法（Symplectic geometry mode decomposition， 简称SGMD）为基础，结合希尔伯特谱分析（Hilbert spectrum analysis， 简称HSA），提出辛几何-希尔伯特转换（Symplectic geometry Hilbert transform， 简称SGHT）方法。首先，根据输入信号，采用辛矩阵相似变换求解Hamilton矩阵的特征值，利用其对应特征向量重构单分量信号；其次，通过计算归一化互信息，将相似的分量合并为辛几何分量（Symplectic geometry component， 简称SGC），用输入信号与计算得到的SGC分量相减，得到新的输入信号进行下一轮迭代，直至满足终止条件；最后，进行希尔伯特转换，并输出结果。通过微振动信号模型的仿真验证，与目前常用的微振动信号处理方法相比，在非平稳的复杂微振动信号下，SGHT方法表现出较好的分解性能和处理能力。使用该方法处理先进天基太阳天文台（advanced space-based solar observatory， 简称ASO-S）卫星/全日面矢量磁像仪（full-disk vector magneto graph， 简称FMG）载荷的地面微振动试验信号，可以识别出多个SGC分量，计算的角位移估计包络在0.015"以内，其结果对载荷研制具有实际工程意义。

摘要:针对航空发动机整体叶盘设计在进一步降低发动机质量、减少连接件复杂性的同时，也带来阻尼不足引起的振动问题，首先，提出了一种基于叶盘切缝并辅以填充物的方法，使系统在振动过程中产生非弹性碰撞能量损耗以及填充材料的阻尼损耗，从而为整体叶盘振动提供额外的阻尼；其次，建立了切缝整体叶盘与切缝填充后的时变参数动力学简化模型；最后，分别从仿真与实验的角度对切缝整体叶盘与切缝填充后的自由振动响应进行了分析，并利用希尔伯特变换法，识别了整体叶盘结构的瞬时频率以及瞬时阻尼比。结果表明，整体叶盘切缝的碰撞与填充物可以增加系统阻尼，能够起到抑制振动的作用。

摘要:针对传统超声在检测长达十余米的方钻杆时效率极端低下的问题，提出基于超声导波的方钻杆检测方法。首先，利用半解析有限元方法，求解方钻杆结构的频散方程并绘制频散曲线，选择群速度值最大、曲线比较平坦、频率范围为70 kHz~130 kHz的L（0，2）作为方钻杆的检测模态；其次，优化选取中心频率为100 kHz的L（0，2）模态作为激励信号，以尺寸为25 mm ×5 mm ×0.5 mm的环形压电晶片阵列作为传感器，提高L（0，2）模态在100 kHz的信噪比；最后，基于仿真和实验方法，采用L（0，2）模态导波对方钻杆进行了检测。结果表明，L（0，2）超声导波能够有效检测整根方钻杆面上和棱上的圆孔及槽型缺陷，提高了检测效率，为方钻杆的检测提供了一种新的思路和方法。

摘要:恒磁通轴向电感位移传感器可有效抵抗外磁场干扰，但灵敏度较低。为提升其灵敏度，针对该传感器新式拓扑结构和测量原理，推导了灵敏度与机械参数和电气参数的关系式，给出了提升灵敏度的方法。理论和实验表明：平衡气隙越小，传感器灵敏度越高，且灵敏度与气隙大小近似成反比；激励频率、传感器激励线圈消耗的视在功率越大，灵敏度越高，且灵敏度与两者的算术平方根均成正比。通过减小气隙大小、增大激励频率及提高传感器视在功率，可以提升此传感器的灵敏度，并给出了在功率放大器输出能力范围内最大化传感器灵敏度的参数设计方法。

摘要:在振级计算过程中，需按要求对加速度信号进行计权。最常见的计权方法是利用带通数字滤波器提取各个频程内的加速度信号并乘以对应的计权因子，在合适的滤波参数下，该方法具有良好的计算精度，但计算效率较低。针对此问题，提出一种基于状态空间的加速度计权方法。首先，采用最小二乘算法，将频率计权传递函数转换为单输入-单输出离散系统的状态空间矩阵；其次，将原始加速度信号作为该离散系统的输入，所得系统输出信号即为计权加速度；最后，通过仿真和实测算例验证了该方法的高效性和精确性。

摘要:为测试实际惯容器的惯质系数并验证惯容器动力学模型，以低频简谐力为激励，基于滚珠丝杠惯容器开展了台架实验。实验表明，滚珠丝杠惯容器惯质系数接近理想，但其易受安装预紧力的影响，过大与过小的安装预紧力均为不当安装，使测试惯质系数严重偏离理论惯质系数。为判断惯容器安装预紧力是否合适，且便于惯容器的运行维护，建立了惯容器虚实映射模型并开展实验测试与验证。结果表明，所建立的虚实映射模型可有效判断安装预紧力的大小，为调整惯容器安装预紧力提供指导，进而为惯容器使用过程中的运维保障提供技术支持。

摘要:针对故障数据集不平衡而导致的误分类问题，在分析了不平衡数据对传统分类器影响的基础上，提出了一种基于高斯云模型正向、逆向云发生算法的样本再生成技术。首先，针对样本较少的类别，以现有样本特征值为逆向云算法的输入，计算出特征云模型的期望E_x、熵E_n和超熵H_e这3个指标；其次，以E_x，E_n和H_e为正向云发生算法的输入，衍生出数据量远大于原有样本的云滴（x_i，y_i），采集若干云滴的x值作为新的样本特征值，补充了样本数量较少的类，在数据层面解决了不平衡问题；然后，借助集成极限学习机（ensemble extreme learning machine，简称E-ELM）对补充后的平衡数据集进行分类学习，在算法层面提高了最终的分类精度；最后，在一个滚动轴承故障数据集上验证了所提方法的有效性。

摘要:为了进一步提高电动汽车轮毂电机轴承状态识别技术的高效可靠性，提出一种基于双核支持向量数据描述（double kernel based support vector data description， 简称DK-SVDD）的轮毂电机轴承状态识别方法。首先，针对轮毂电机轴承样本数据结构混杂致使SVDD识别率较低问题，通过一定的比例权重将径向基（radial basis function， 简称RBF）核函数和高斯差分（difference of Gaussians，简称DOG）核函数结合构建DK核函数；其次，根据最优二叉树原理逐层设计状态识别分类器，并搭建DK-SVDD轮毂电机轴承状态识别模型，同时使用粒子群优化算法对模型参数寻优以提高DK-SVDD的学习能力和泛化能力；最后，基于轮毂电机轴承台架试验数据，验证所提方法的有效性和优越性。结果表明：针对轮毂电机轴承目标状态识别，DK-SVDD方法平均训练时间为0.065 5 s，平均状态识别率为97.06%；与采用RBF或DOG核函数相比，DK-SVDD方法在多种工况下可以有效提高状态识别率并降低训练时间。

摘要:以部分贴敷主动约束阻尼（active constrained layer damping，简称ACLD）悬臂梁为对象，研究了其所包含的两种减振机理的模拟方法。首先，通过分析ACLD结构的受力及变形，描述了ACLD减振中所包含的黏弹性层剪切耗能和压电层反相阻滞作用两种减振机理；其次，将黏弹性剪切变形体现在形函数中，再结合压电方程与力学公式推导出压电阻滞力，创建了包含两种减振机理的ACLD处理复合梁的动力学模型；最后，通过组建的ACLD悬臂梁减振实验系统对仿真分析结果进行了验证，同时对比分析了仅包含被动约束阻尼或压电反相阻滞单一减振机制以及ACLD处理时复合梁的时域响应。结果表明：仿真计算与实验值的最大偏差为18.6%，证明了所创建的包含两种减振机理分析模型的合理性；ACLD由于同时包含两种减振机理，其减振效果要优于单一的振动控制方法。

摘要:机床主轴系统动态特性直接影响铣削稳定和表面加工质量，而铣削状态下主轴系统动态特性与静止或空转状态下存在差异。针对此问题，建立了铣削工况下主轴系统和结合面动力学耦合模型，获得铣削工况下主轴系统动态特性，并通过铣削过程中机床主轴系统动态特性实验测试进行验证，将静止状态与铣削工况进行对比，预测结果误差平均降低了11.35%。实验结果表明，径向铣削载荷和转速削弱了结合面的刚度特征和系统动态特性，而轴向铣削载荷增强了结合面的刚度特征和系统动态特性，影响最为明显的是主轴转速，其次为径向铣削载荷，然后为轴向铣削载荷。研究结果为铣削状态下主轴系统动态特性和铣削稳定性预测提供了理论支持。

摘要:针对水压-温变-时效（hydraulic-seasonal-time，简称HST）模型监控高拱坝变形的不足，以变形规律相似的测点群为对象，搭建一种新的监控模式。首先，依据面板数据格式，建立水压、温变和时效面板模型；其次，引入固定效应（fixed effect，简称FE）和随机效应（random effect，简称RE）表征个体差异效应，据此构建HST-FE/RE面板模型；然后，通过建立置信椭球，借助典型小概率原理，提出测点群变形监控准则；最后，结合某实际工程，检验方法的可行性和有效性。结果显示：HST-FE/RE复相关系数及剩余标准差分别为99.875%和0.016 34，拟合性能比HST更优；HST-FE/RE变形预测相对误差波动平稳，最大值为3.28%，精度高于HST；置信椭球准则对典型小概率变形的辨识比置信区间准则严格。相较于常规方法，本方法性能提升较大，更适用于高拱坝变形监控。

摘要:与竖直等截面桥塔相比，倾斜变截面桥塔在风的作用下往往表现出更为复杂的三维效应。以国内一座拟建的独柱式变梯形截面倾斜钢桥塔为工程背景，通过全桥塔刚性模型测压风洞试验，测试了该桥塔在不同风向角α和倾斜角β下的气动力系数和斯托罗哈数，研究了倾斜角对其气动特性的影响。研究结果表明：当α=0°（顺桥塔倾斜方向来流）和α=30°左右时，倾斜使桥塔上部截面的气动力减小，下部截面的气动力增大；当α=140°和α=180°（逆桥塔倾斜方向来流）左右时，规律与之相反。倾斜角的增大会使桥塔的旋涡脱落变得不明显。

摘要:低信噪比下的滚动轴承早期微弱故障识别是轴承故障诊断领域的一个难点问题，基于希尔伯特变换解调的包络谱分析法虽是得到广泛工程应用的轴承故障检测经典方法，但其对信噪比过低的轴承早期微弱故障诊断能力不足。针对这一问题，采用时频域高阶统计量——谱峭度开展滚动轴承早期微弱故障识别研究。利用滚动轴承从完好逐渐发展到外圈损伤失效的全寿命周期试验数据进行分析，结果表明：对于轴承出现的早期微弱故障，谱峭度法能够通过识别提取位于高信噪比共振频带的微弱故障信号，实现轴承早期微弱故障识别，相比直接采用包络谱分析法提前了200 min检测出微弱故障。

摘要:软体材料作动器具有良好的目标抓取适应性，为实现软作动器结构的轻量化，保证抓取与承载能力，采用形状记忆合金丝作为驱动元件，设计出一种可变刚度的软作动器。首先，基于形状记忆合金（shape memory alloy，简称SMA）一维本构关系建立了作动器的弯曲变形力学模型；其次，通过实验对力与变形之间的关系进行了验证，弯曲变形与理论结果一致；最后，通过回弹结构的动力学设计，使得该作动器能够在恢复阶段快速回到初始形态。实验结果显示，加热用于变刚度的形状记忆合金丝可显著提升作动器的负载能力，从而达到变刚度的效果。

摘要:针对搭载软连接副车架车型在加速时产生的底板振动开展研究。首先，通过整车试验定位引起该问题的激励源；其次，基于扩展工况传递路径分析方法对动力总成与底板间的各条路径对振动的贡献量进行分析，并结合模态试验结果，识别出引起振动的主要路径和关键部件；然后，建立包含动力总成和副车架的12自由度模型，仿真得到单位激励条件下关键路径衬套的支反力；最后，以降低支反力为目标对副车架与车身连接衬套的刚度进行优化设计，并进行了整车试验验证。结果表明：动力总成激励与副车架刚体模态耦合引起了副车架共振及底板振动，副车架与车身连接的两个后衬套是振动传递的关键路径，优化后实车底板振动峰值下降超过30%。

摘要:针对某型商用车制动器防尘罩提前失效的问题，采用基于实测载荷谱的数值仿真与试验验证相结合的方法，准确识别了失效原因，并提出寿命提升的优化改进方案。首先，分析防尘罩失效部位断口的微观形貌，确定失效机理；其次，结合防尘罩结构的模态分析与基于实测道路载荷谱的随机振动应力响应分析，识别结构失效原因；然后，考虑随机载荷多轴耦合特性，通过分析失效主导载荷，制定单轴高加速试验载荷谱，通过加速试验验证仿真分析结果的准确性；最后，通过形状优化给出防尘罩的寿命提升方案，并采用数值仿真进行了验证。结果表明：基于实测载荷谱的数值仿真与主导载荷下的高加速试验对防尘罩结构的失效分析吻合度良好，并与耐久试验结果一致，形状优化后的防尘罩寿命提升显著。该方法可为实际工况下多轴随机振动载荷作用的结构失效分析与优化提供参考依据。

摘要:引入环形压电阵列及主动Lamb波损伤概率检测成像算法（reconstruction algorithm for probabilistic inspection of damage，简称RAPID）监测技术对金属结构裂纹损伤的定量监测进行研究。基于裂纹损伤对响应信号直达波的作用机理，根据裂纹损伤对交叉监测路径下的响应信号变化差异性，提出十字交叉扫描方法判定裂纹方向，进而对平行或近似平行裂纹的监测路径的损伤差异性系数（signal difference coefficient ，简称SDC）值进行校正，强化了裂纹方向的重构信息，完成了裂纹损伤的图像重构和定量化评估。针对不同位置及方向裂纹的监测和成像，在铝板上进行了实验验证。结果表明，提出的十字交叉扫描方法以及改进RAPID成像方法较好地识别了裂纹方向，能够定量显示裂纹长度。

摘要:针对传统舰载非线性隔振系统中存在的抑制共振峰值和改善高频传递特性相矛盾的问题，首先，建立了包含非线性刚度、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼的非线性隔振系统数学模型，采用谐波平衡法进行解析求解；其次，对比分析了线性阻尼、库伦阻尼和几何非线性阻尼对隔振系统传递特性的影响规律，进一步研究了激励幅值对不同阻尼隔振系统振动性能的影响；最后，通过振动试验进行了验证。结果表明：增加系统库伦阻尼，虽然能够降低软特性隔振系统共振区传递率，但会导致硬特性隔振系统出现“频率岛”现象，同时高频隔振性能下降，而且随着激励幅值的增加，共振区隔振性能随之变差；增加系统几何非线性黏性阻尼，不仅能够有效降低共振区传递率峰值，而且能够保证高频区良好的隔振性能；几何非线性黏性阻尼拓宽了系统对激励幅值的适用范围，为非线性隔振系统设计提供了指导作用。

摘要:利用测振仪对设备激励下大型电厂钢桁架-管柱混合结构体系的扭转振动、竖向振动和水平振动进行了现场试验，采用DASP程序对试验数据进行了时域分析和自谱分析，并结合有限元模拟结果，系统研究了结构的振动响应、横向位移、纵向位移、竖向位移、变形、转角、振型及频率等关键性能指标。结果表明：结构各特征位置处的测点振动响应曲线不同，同一测点南北与东西向的位移峰值不同步出现，说明结构南北与东西向的振动性能不同；角部的振动位移比中间大，结构出现自身变形和扭转；结构低阶振型接近，存在耦合，说明该结构不适合用底部剪力法计算地震作用；上部结构的相对变形小于其下部结构，顶部A形架的振动出现回缩，说明结构的质量和刚度在A形架处有突变。计算结果与试验结果吻合较好，模态分析结果能为结构动力响应研究提供理论依据。

摘要:为了更好地研究歌唱中科学发声的特点，提出了一种基于功率谱的美声发声特征提取方法。首先，利用Burg法功率谱估计分别对正确和错误的美声信号进行分析；其次，针对功率谱曲线差异较大的地方，运用最小二乘法进行了函数多项式的拟合；最后，提取其多项式系数作为特征。采集了某音乐学院3名美声老师和5名美声新生共400条女高音信号并进行分析，结果表明，在功率谱曲线的5 kHz和10 kHz处，2种信号有着较大的差异，经过上述方法提取特征后，根据其样本的箱式图即可以明显区别正确与错误发声，识别率可达100%。相比之下，如果直接运用反向传播（back propagation，简称BP）神经网络识别功率谱信号，其识别率仅为95.23%。该研究成果从振动理论的角度对美声发声的辅助训练提供了技术支撑。

摘要:在转子系统中存在横向振动与扭转振动的耦合，扭转振动的信息被调制在横向振动之中。鉴于此，提出一种基于横向振动传感器信号提取微弱扭转振动信息的方法。通过对横向振动信号进行Hilbert振动分解得到单一成分的信号，再通过Hilbert变换从中提取相位角，分解相位角即可获得扭振信号，进而计算出原始扭振信号的幅值与频率。数值仿真和试验结果表明，该方法可以精确地获取扭振信号，具有较高的频率分辨率，试验提取得到的频率相对误差仅为0.38%，并通过工业级离心压缩机试验台验证了其工程应用的可行性。该方法可实现对未安装专门扭振测试仪的机组进行扭振补充监测，提供了一种工程扭振监测的便捷途径。

摘要:针对当前上肢外骨骼肘关节活动范围受限和助力效果不佳的问题，设计了一种基于摇杆滑块机构的上肢外骨骼。通过D-H参数建立上肢体外骨骼机构的运动学模型，对其工作空间进行了分析。基于摇杆滑块机构进行上肢体外骨骼的结构设计，并对其进行力学分析，为气缸选型提供依据。基于ADAMS软件建立的参数化模型进行上肢体外骨骼肘关节尺寸优化，优化后的肘关节运动范围提升显著。通过ANSYS软件对关键部件进行了强度校核，搭建物理样机采集上肢肌电信号进行助力性能评估，验证了上肢体外骨骼机构具有较好的助力效果。

摘要:为提高轨道车辆振动可再生能源利用效率，提出了一种压电梁阵列设计方案。首先，基于欧拉-伯努利理论建立扇形双晶悬臂梁阵列的分布参数机电模型，对其机电耦合特性进行分析；其次，针对上海地铁列车采集的轴箱振动信号，采用ANSYS软件进行有限元分析，提出一种具有12个梁单元的多维圆盘阵列采集系统；最后，搭建振动测试平台进行了实验。结果表明，可以采取机械调谐策略调整压电阵列的设计参数，在20.95，40.45和204.19 Hz这3个振源频率处产生工作频率点，从而与轴箱振动环境实现宽频匹配，结构的前12阶低频谐振宽度达到35.68 Hz。提出的扇形压电阵列式俘能器的宽频响应及输出性能良好，可以根据所需轨道车辆环境振动特性进行匹配，提高智能监测用小型无源传感器的输出性能。

摘要:为研究双层车辆段地铁运行引发的垂向振动沿上盖建筑物的传播规律及二次结构噪声问题，介绍了横岗双层车辆段咽喉区断面及上盖建筑的现场测试。采用傅里叶变换、传递损失以及1/3倍频谱等方法研究了振源特性，在此基础上，通过构建线性拟合函数和互功率谱密度函数，分析了上盖结构振动与室内二次结构噪声的关系。分析结果表明：由于高频振动经过土体衰减迅速，在80 Hz以上频段，车辆段内1层承重柱振动加速度级小于2层承重柱；振动沿建筑物传至顶层时，入射波与反射波的叠加作用使得顶层振动能量放大；建筑物二次结构噪声声压主频在100 Hz以下，峰值出现在40 Hz附近，且预测建筑物中容易激发的噪声频段在40~60 Hz；楼板振动辐射噪声对室内二次结构噪声贡献主要在40 Hz附近。综上，建议着重关注振动沿上盖建筑传递在40 Hz处的响应情况。