摘要:针对大型旋转机组健康管理存在全生命周期数据“整合难”、健康预测评价“量化难”、维修决策“优化难”和系统平台“泛化难”等问题，首先，引入云原生思想，采用容器化技术和微服务架构，设计了大型旋转机组健康管理系统软件开放通用架构；其次，研发了大型旋转机组健康管理系统软件通用平台，包括后台通用开发引擎和前台个性化定制应用程序编程接口（application programming interface， 简称API）；最后，提出了大型旋转机组健康管理应用软件“1+3”敏捷化定制开发方案，以通用平台为底座，融合应用对象的数据接入、算法模型封装部署和可视化设计3个关键环节，实现大型旋转机组健康管理应用软件敏捷化开发。通过开放共赢方式让更多模型算法开发者参与构建健康管理业务算法银行，利用系统软件的协同机制解决全生命周期数据整合难题，为构建大型旋转机组健康管理应用软件开发生态奠定基础。

摘要:针对旋转机械转子系统在实际运转中不停机的情况下振动值超标的问题，提出了一种机电式自动平衡综合测控系统，可对转子系统的振动进行主动精稳靶向抑制。首先，自主设计自动平衡执行器并开发了机电式自动平衡执行器无错调驱动控制算法，该算法通过可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称PLC）编程实现；其次，通过安装于转子轴端的自动平衡执行机构，结合上位机程序测控系统，能够在设备运行过程中实时监测转子不平衡振动并进行主动自动平衡，具备更大的配重占比和更优的电磁兼容性，可实现配重的无级调节；最后，对算法进行了仿真及现场不同转速下的自动平衡测试验证。结果表明，机电式自动平衡执行器降振仿真能达到很好的平衡效果，现场试验不同转速下均具备90%以上的降振能力，具有重要的应用价值。

摘要:为了实现输电塔远距离位移监测，同时满足低成本、无接触、易实施及精确度高等要求，结合输电塔的内轮廓特征和计算机视觉位移识别技术，提出感兴趣区域（region of interest，简称ROI）关键点法。首先，利用N近邻最小能量法进行ROI轮廓搜索提取，并与Harris角点检测算法相结合；其次，通过输电塔台架实验与灰度模板匹配法相比，ROI关键点法位移识别结果的平均误差、均方根误差分别降低了56%和45%，绝对误差小于5 mm和10 mm的准确率提高了61%和3%，计算效率提高了11倍，稳定性及抗噪性能较高；最后，在实验塔对比验证中，ROI关键点法的位移测量值与实际位移的差值百分比在0.0%~11.1%之间。结果表明，ROI关键点法在输电塔结构位移监测中具有较高的准确率、精细度、计算效率、稳定性及鲁棒性。

摘要:扭转参数共振现象在已有的结构参数共振试验中尚未观察到，针对此问题，通过试验手段对一个空间框架模型的扭转参数共振问题进行研究。采用不接触的电磁激励方法，激发空间框架结构模型的扭转参数共振，对空间框架扭转参数共振现象和机理进行观测和分析，研究了结构扭转参数共振的稳定性问题以及参数共振下稳态激励幅值与非线性响应幅值的变化关系。试验结果表明：当外部周期激励的频率大约为2倍的结构扭转自振频率时，空间结构将发生整体扭转参数共振；扭转参数共振稳定边界与已有其他结构平动参数共振的稳定边界相似，扭转参数共振的机制与平动参数共振基本相同；在不稳定区域内，当固定激励频率时，随着激励幅值的增大，非线性稳态响应的幅值近似地呈线性增大。

摘要:为验证自主研制的透射式励磁感应钢板内应力无损检测系统的测量效果，在工厂生产线上切取了2种材质、不同板形的4块钢板作为残余应力测量试样，分别使用自研系统、X射线衍射法、超声法和盲孔法进行残余应力测量及比较。取样测量实验发现，4种方法的残余应力测量结果相差明显，同一被测点的测量结果也相差较大，在个别被测点出现残余应力测量值符号相反的现象。针对测量结果数据及其存在的差异，从4种方法的检测原理出发，定性分析了产生差异的原因，概括出4种方法的技术特点，并针对每种方法提出若干使用建议。

摘要:为验证微穿孔板吸声结构对直升机舱内噪声抑制的可行性和有效性，基于某轻型直升机模型机舱，开展了仿真与试验研究。首先，给出了适用于直升机舱内壁板的典型微穿孔板吸声结构方案；其次，建立了主减速器/机体声振耦合有限元模型，得到了微穿孔板吸声结构的设计频率范围，并通过仿真验证了吸声效果；最后，搭建了安装有微穿孔板吸声结构的模型直升机机舱试验平台，开展了舱内噪声试验研究。结果表明，在机舱内安装微穿孔板吸声结构后，相比于未安装微穿孔板机舱，在800~1 000 Hz和1 200~2 000 Hz的频率范围内，均具有优良的舱内降噪效果，最大噪声衰减量超过20 dB。

摘要:以某型高速列车轮对和轴箱轴承为研究对象，构建包含轮对轴箱轴承的车辆-轨道耦合动力学模型，研究在京津线轨道不平顺激扰及车轮扁疤激扰工况下轴箱系统内部结构的接触振动特性。结果表明：当车轮出现扁疤缺陷时会引起轴箱在垂向和横向的高频振动；随着车轮扁疤长度的增加，轴箱轴承滚子与外圈接触载荷高频段所占成分逐渐增加，引起轴承滚子与外圈的中高频激振，加速轴承的疲劳破坏；扁疤长度超过30 mm时，0号滚道区域的接触载荷变化较大，扁疤长度50 mm处轴箱轴承滚子与外圈接触载荷均值与扁疤长度10 mm处滚子与外圈接触载荷均值的最大值相比增加了33.38%；当列车运行速度在250 km/h左右时，车轮扁疤长度安全阈应限制在30 mm以内，尽量降低车轮较长扁疤引起的轮轨结构高频振动。

摘要:隧道内减振道床的在线测试现行方法不区分隧道的结构形式，且未考虑盾构隧道纵缝在振动传播过程中的影响。针对该问题，结合现场测试和数值模拟，分析盾构隧道纵缝在振动传播过程中的影响。结果表明：振动波在单一管片会随着离振源距离的增加而产生一定程度的衰减；盾构隧道纵缝对振动波有明显的削弱作用，振动波经过纵缝后振动加速度时程最大幅值可下降50%以上；无论哪种拼装角度，在同一振源激励下，盾构隧道被纵缝影响的一侧和未被纵缝影响一侧的振动加速度幅值和频率分布均存在显著差异；即使都位于未被纵缝影响的一侧，不同错缝拼装角度也会造成该侧测点动力响应幅值的不同。因此，在盾构隧道内进行振动测试时，应考虑纵缝位置及管片拼装角度的影响。

摘要:为获得发动机悬置系统的相关参数，将非刚性、小柔性弹性体的发动机近似为含有n个质点的分布质点系。首先，根据拉格朗日方程建立了发动机悬置系统6自由度（6 degrees of freedom，简称6DOF）振动微分方程，包括质量阵、刚度阵和阻尼阵；其次，基于等效分布质点系统，构建发动机悬置3nDOF系统；然后，针对3点支撑的发动机台架系统，利用地磅测得每一个悬置处支撑的静态质量，通过发动机悬置测试试验系统测得发动机的激励输入信号及响应信号；最后，利用递推最小二乘法辨识得到分布质点系统的阻尼矩阵和刚度矩阵，在Matlab/Simulink中建立发动机悬置系统的仿真模型，并通过测试值与仿真值的对比，证明了辨识的准确性。给出的发动机悬置等效分布质点3nDOF系统在工程实际中，为悬置系统设计悬置支撑参数反解、悬置参数系统辨识提供了理论基础与实现途径。

摘要:针对涡旋压缩机振动信号不平稳和噪声情况下故障振动信号弱、需要人为提取故障特征以及准确率有待进一步提高的问题，提出基于多尺度注意力机制（convolutional block attention mechanism，简称CBAM）-卷积神经网络（convolutional neural network，简称CNN）涡旋压缩机故障诊断方法。首先，通过多个不同尺度的卷积核对振动信号转化为灰度图的故障特征进行全面提取，并引入注意力机制，通过调整权重值的方式提取重要的故障特征；其次，利用降维卷积模块、深度可分离卷积模块和残差模块提取更高维度的深层次故障特征，提升网络计算效率；最后，设置舍弃率为0.5的Dropout层防止过拟合，提升了网络的鲁棒性、抗干扰能力和泛化能力。实验结果证明，该方法在无噪声和添加不同信噪比噪声的情况下，均能有效地对涡旋压缩机故障进行分类，具有更高的识别准确性和更快的收敛能力。

摘要:为了研究物料冲击对振动筛动态特性的影响，加工了某型三轴椭圆振动筛样机。首先，建立简化后的筛机模型，采用离散元法与多体动力学相结合的方法对椭圆振动筛的筛分过程进行数值模拟；其次，引入有限元法对物料冲击下的筛面进行分析，以筛分效率、物料运输速度、筛上物质量和最大冲击力为筛分性能的评价指标；最后，通过试验对其不同工况下的结构振动和应变信号进行了测试和分析，研究了振幅、振频、筛面倾角以及入料速度对筛分性能的影响，揭示了常规筛机评价指标与振动参数之间的关系，为多目标评价和振动筛机优化设计提供了参考。

摘要:调整结构抗侧刚度是提高地震下结构抗倒塌能力的常用方法，目前该方法多应用于建筑结构，而没有关于输电塔的抗倒塌研究。针对此问题，首先，依托实际输电线路工程，基于ABAQUS软件建立了输电塔有限元模型，采用静力推覆分析（Pushover）和增量动力分析（incremental dynamic analysis，简称IDA）方法，获得了输电塔倒塌延性；其次，针对输电塔薄弱节间，提出了一种以杆件内外径之比为影响参数的输电塔地震抗倒塌优化设计方法；最后，通过有限元分析对优化效果进行了验证。结果表明，该优化方法能有效提高输电塔抗倒塌性能，优化后的输电塔薄弱节间抗震性能最高可达70%，非薄弱节间优化效果在10%左右，可为输电塔抗震设计提供指导。

摘要:针对非线性摩擦造成挖掘机器人电液伺服系统稳态误差和低速爬行的问题，需要精准辨识摩擦以进行摩擦补偿。首先，将Karnopp速度阈值理论引入经典Stribeck模型，建立挖掘机器人电液伺服系统非线性摩擦模型，并根据非对称液压缸力平衡方程建立目标函数，测量不同恒定速度下有杆腔和无杆腔的压力计算实际摩擦力；其次，优化遗传算法的适应度、交叉概率和变异概率，分别采用改进遗传算法和基本遗传算法对摩擦模型中4个未知参数进行辨识；最后，结合前馈补偿控制器进行正弦轨迹跟踪实验。结果表明：所提出的改进遗传算法辨识精度最高，相较于基本遗传算法，模型误差减少了34%；2种摩擦模型下的正弦轨迹跟踪误差分别为26 mm和59 mm，验证了所提出的摩擦模型在提升挖掘机器人性能上的优越性。

摘要:针对最大二阶循环平稳盲解卷积（maximum second-order cyclostationary blind deconvolution，简称CYCBD）特征提取中循环频率和滤波带宽难确定的问题，引入频率加权能量相关谱（frequency weighted energy correlation spectrum，简称FWECS）来改进CYCBD，实现了低信噪比条件下的滚动轴承故障特征提取。首先，通过FWECS获取周期冲击频率，构造循环频率集；其次，利用最大加权谐波显著性指标设计了一种等步长搜索策略，自适应选取滤波器长度；最后，基于优选的循环频率和滤波带宽进行CYCBD解卷积。轴承仿真和实验数据表明：在循环频率等先验信息未知的情况下，FWECS-CYCBD对故障信号中的微弱冲击特征更敏感；与最小熵解卷积、改进最大相关峭度解卷积和自适应最大二阶循环平稳盲解卷积等方法相比，所提方法在低信噪比条件下能较好地提取轴承故障特征频率信息。

摘要:为了更好地解决水工结构以损伤诊断为目标的传感器布置问题，以软基水闸为研究对象、水闸底板脱空为损伤类型，针对传统有效独立法未考虑结构损伤信息的缺陷，将模态柔度作为结构损伤敏感特征量，并引入结构的模态柔度修正有效独立法，提出基于模态柔度-有效独立法（modal flexibility-effective independent method，简称MF-EI）的水闸底板脱空参数反演方法。采用模态置信准则、Fisher信息阵、条件数准则和奇异值分解比准则4种评价指标，分别对距离系数-有效独立法（distance coefficient-effective independence method，简称DC-EI）、有效独立-总位移法（effective independence-total displacement method，简称EI-TD）和MF-EI法进行评价，并将3种方法得到的布置方案应用到不同工况下软基水闸底板脱空动力学反演中，对比分析3种方法各工况脱空参数的反演结果。结果表明：MF-EI法测得的模态矩阵具有更好的正交性、可观测性和模态扩阶性，同时保留了对软基水闸底板脱空敏感的损伤信息，3种工况下的脱空参数反演识别精度分别提高至97.5%，96.1%和75.9%，是一种较为有效的水闸底板脱空参数反演方法。

摘要:针对高温合金材料小阻尼的精确测试问题，设计了基于非接触测试的试验方案，通过激光测振获取悬臂梁的自由衰减时域响应，采用控制力矩的方式消除固支端可能引入的摩擦阻尼。首先，在时域对自由衰减响应信号进行带通滤波，采用自由衰减法计算悬臂梁的前3阶阻尼比；其次，在频域根据采样率和采样时长做快速傅里叶变换（fast Fourier transform，简称FFT）全景谱，分别对频谱曲线第1、第2和第3阶峰值±5 Hz频率范围采用线性调频Z变换方法（chirp Z transform， 简称CZT ）进行频谱细化，获得该频带范围内极高分辨率的共振峰频谱；最后，利用半功率带宽法获得材料的阻尼比。结果表明：基于带通滤波的自由衰减法可以从时域衰减曲线获得GH4169悬臂梁的前3阶模态阻尼比，基于CZT变换的频域阻尼识别方法在不增加采样分辨率和数据样本点的情况下，可以识别阻尼比为10^-5量级的高温合金的材料阻尼。本测试分析方法可以为整体式涡轮颤振和受迫响应计算提供精确的材料阻尼数据。

摘要:为了研究钢轨波磨形成机制，首先，基于线路实测钢轨波磨，从黏滑振动理论角度探讨了波磨的形成原因；其次，运用车辆-轨道耦合模型，研究了轮轨系统的黏着蠕滑特性；最后，结合轮对-轨道系统有限元模型模态分析和轮轨黏滑关系，对钢轨波磨的成因进行了解释。当车辆运行在半径为350 m的曲线段时，内轨侧黏滑曲线出现了明显的负斜率特性，从而导致内轮易在内轨表面发生滑动，加剧内轨磨耗；外轨侧黏着系数随着蠕滑率的增加而增大，说明外轮不会发生明显滑动，磨耗相对较少；轨道超高状态对内外侧钢轨的磨耗发展有重要影响。随着线路曲线半径的增加，内外轨侧的黏滑曲线负斜率现象均呈减少趋势，说明波磨的发生概率逐渐降低。结合轮轨黏滑关系和模态特征可知，轮轨系统黏滑负斜率条件下，轮对扭转振动和内轨弯扭振动的耦合作用是造成钢轨波磨的主要原因。波磨演化分析表明，轨面固定缺陷会导致相同位置处产生同相位的钢轨磨耗，并沿着钢轨纵向发展，最终形成钢轨波磨。

摘要:针对空气弹簧水平多点支撑自由边界模拟系统存在的过约束、难收敛和非线性控制问题，首先，采用自由度解耦控制方式，在削弱系统内力的基础上，将空间自由度的控制目标分解为每一个控制通道的控制目标，解决了系统过约束问题；其次，利用改进积分分离（proportion integration differentiation，简称PID）控制算法克服系统超调，解决了系统震荡收敛问题；最后，采用经验数据对空气弹簧刚度进行实时二维插值补偿，解决了系统非线性问题。实测结果表明，该控制系统设计合理，系统运行过程平稳，通道间同步性较好，控制策略满足模态试验边界的模拟要求。

摘要:为研究调谐质量阻尼器（tuned mass damper ，简称TMD）在控制轨道箱梁结构振动中的应用，以高速动车组和CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道-箱梁结构为原型，设计制作了几何相似比为10∶1的车-轨-桥耦合振动缩尺模型系统，分析了TMD在不同质量比、不同位置以及不同安装数量等工况下对箱梁顶板和翼板的减振效果。结果表明：TMD质量比为0.02时减振效果优于质量比为0.01时的减振效果，在考虑结构安全及经济性的条件下，可优先选择质量比更大的TMD；不同TMD安装位置对箱梁各部件的减振效果不同，安装TMD的板件处振动响应得到了明显抑制；安装2个TMD对箱梁结构的减振效果优于安装1个TMD，其减振范围也有所提升。研究结论可为高架轨道箱梁结构的减振设计提供参考。

摘要:结构损伤识别中存在的不确定性因素相互渗透、相互耦合，对识别结果有较大影响。针对此问题，提出基于随机模型修正和云模型漂移性度量（Kullback-Leibler divergence based on cloud model，简称KLDCM）的不确定性损伤识别方法。首先，采用云模型数字特征参数量化不同状态下实测数据的不确定性，并通过云发生器扩充实测数据；其次，基于改进随机模型修正方法计算与扩充后数据所对应的结构物理参数，根据云模型外包络曲线计算未知工况与健康工况下结构各单元物理参数的漂移度，并以归一化后各单元漂移度指标均值为阈值判别损伤单元位置；然后，在损伤位置判断的基础上，以损伤单元物理参数期望值来衡量损伤单元的损伤程度；最后，采用数值模拟和实际结构验证所提方法的可行性及可靠性，探讨了噪声水平、原始样本个数对损伤识别结果的影响。研究结果表明，与基于最大边界曲线法（maximum-boundary curve method，简称MCM）相比，所提方法受不确定性因素影响较小，具有更好的损伤识别精度。

摘要:为研究某平列式公铁两用钢桁梁桥车桥耦合振动引起的钢桁梁桥节点构件的疲劳损伤，建立了局部节点精细化的全桥有限元模型和车辆多刚体模型，采用Craig-Bampton法求解了车桥耦合振动系统方程。首先，利用动态称重系统采集同线路全年公路交通流数据，统计分析车辆的车型、车速、车重及车间距等参数分布特征；其次，结合列车荷载模型，基于S-N曲线及Miner线性累计损伤理论，计算获得钢桁梁节点由列车和汽车通行导致的节点疲劳损伤，并基于雨流计数法对其疲劳寿命进行了预测；最后，探讨了列车速度、载重、不平整度及腐蚀对钢桁梁节点的累积疲劳损伤及疲劳寿命的影响。结果表明：节点疲劳损伤随着速度增大不呈现单一变化，随着载重增大和不平整度变差迅速增大，疲劳寿命降低明显；考虑腐蚀造成的节点刚度折减时，节点累积疲劳损伤曲线的发展是非线性的，疲劳寿命降低显著。

摘要:钢结构在实际工况环境中受到瞬态和重复载荷影响会发生损伤，为保障设备的安全运行，需要针对较易发生损伤的关键性钢结构进行健康监测和寿命评估。首先，利用非线性超声导波具有对微纳尺度损伤敏感以及检测效率高等优点，分别采用离线和在线非线性超声导波检测方法对Q460高强钢疲劳损伤试样进行检测和表征，构建了非线性超声参量与疲劳寿命之间的关系曲线；其次，利用非线性超声参量与疲劳寿命之间的关系曲线构建了Q460高强钢疲劳寿命评估方法，在损伤状态检测的同时实现剩余寿命的预测。离线和在线检测试验结果表明，非线性超声参量随疲劳寿命呈现先增后减的变化趋势，且在疲劳寿命为60%附近出现峰值。

摘要:为了解决感知机构对加速度和力信息同时反馈的问题，设计了一种基于3-RPR平面并联机构的六维加速度/力感知机构，推导了解耦算法，分析了解耦精度、灵敏度与结构参数之间的关联。首先，综合运用Angeles特征长度法和Gosselin奇异分析法，绘制了并联机构的奇异曲面；其次，设计了感知机构的结构模型，分别运用Kane方程和静力平衡方程推导了加速度、力解耦算法；然后，基于半闭环思想，构建了加速度误差补偿算法；最后，通过分析并联机构的静刚度矩阵，推导多维传感器灵敏度的定义式，揭示了结构参数对解耦精度和灵敏度的影响规律。实验结果显示，线加速度、角加速度、力及力矩的解耦误差分别小于8.824 2×10^-4，4.291 4×10^-6，0.446 1×10^-6和8.629 7×10^-6，为感知机构的尺度综合提供理论指导。

摘要:声发射（acoustic emission，简称AE）能够实现复杂板状结构损伤定位，但多数AE检测定位方法仅针对单AE源的情况，而实际中复杂板状结构产生损伤时会伴随多个AE卷积混合信号。为了解决工程中多AE源定位的问题，提出一种单通道AE盲分离-模态提取定位方法。首先，对采集的AE信号进行信号降噪，使用单通道盲源分离算法分离出无回波成分的AE信号，将多源定位转为多个单源定位问题；其次，通过提取单频模态，求取声波传播速度，估计到达时间差来进行疲劳裂纹损伤定位；最后，经过计算机仿真实验和钢箱梁桥断铅半实物仿真实验，验证了方法的准确性和有效性，并通过载荷破坏AE检测实验验证了方法的实用性。结果表明，所提方法能够应用于复杂板状结构多AE源定位问题，为实际工程应用提供了可靠的依据及参考价值。

摘要:为了研究浪向角、入射波频率和连接器刚度耦合变化对连接器载荷的影响，以刚模块柔性连接器（rigid module and flexible connector，简称RMFC）模型计算理论为基础，建立8模块海上机场超大浮体水动力模型进行数值模拟水槽实验，分别对连接器在规则波和不规则波下的载荷响应进行频域计算。选取6个连接器刚度条件，研究不同连接器刚度下连接器的载荷响应，在不同海况和连接器刚度条件下考虑0°，30°，45°，60°及90°浪向角的作用，连接器载荷响应幅值主要从纵向、横向及垂向3个方向进行比对。结果表明，同一方向上的载荷在浪向角45°和60°较为敏感，极端风浪耦合环境下，垂向载荷明显比其他两个方向载荷值大，连接器载荷值随刚度值增大而增大，在K₅~K₆之间呈大幅递增趋势。

摘要:针对传统滚动轴承故障诊断方法训练时间长和效率低的问题，提出一种基于卷积神经网络（convolutional neural networks，简称CNN）和宽度学习系统（broad learning system，简称BLS）的故障诊断方法，实现了端到端的快速准确模式识别。首先，建立CNN与BLS结合的宽度卷积学习系统（broad convolutional learning system，简称BCLS），利用CNN提取信号特征和BLS进行分类，获得系统输出；其次，通过残差学习增加BLS层数，形成堆叠宽度卷积学习系统（stacked broad convolutional learning system，简称SBCLS），优化预测输出与真实标签的误差，对轴承故障模式进行识别；最后，通过试验将所提方法与3种BLS方法的预测结果进行了比较验证。结果表明，与几种常见故障诊断方法相比，所提方法诊断效果更佳，具有更高的准确率和训练效率，在边缘端的智能故障诊断中具有较好的应用前景。

摘要:为了提高具有铁木辛科梁性质的柱体结构剪切变形的计算效率和精度，基于荷载等效分布理论、节点解析法以及具有正交内插特性的铁木辛柯梁理论，提出了一种高效求解梁柱节点剪切变形位移的等效分布荷载-有限元算法，并通过研究2种工况算例验证了算法的可靠性。结果表明：该算法利用非常少的单元（1个或2个单元）便可以获得位移、旋转角、剪切力和弯矩的高精度近似解；其他基于位移的方法，如简化积分法，大约需要40个单元才能获得类似的结果。所提方法可以在不同的连接条件下直接获得铁木辛柯梁柱的稳定函数和弯曲荷载，有效提高了柱体结构剪切变形有限元分析解的精确性。