专家论坛
2025, 45(6):1073-1081.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2025.06.001
摘要:
特种密封装备贮存过程的长期在线健康监测是评估材料寿命与装备效能的关键环节。为满足特种密封装备长时间在线健康监测过程对高效供电、高可靠数据传输与高集成度的需求，提出了一种集超声供能与无线数据回传为一体的无损、无线密封装备内部状态监测与健康评估技术。首先，建立了α-Al?O?与环氧树脂多层匹配的超声换能器声-电协同阻抗匹配模型；其次，突破高效的声能-通信耦合技术；最后，实现了超声波无线供能与载波数据回传功能复用的一体化协同工作。结果表明：提出的声-电协同阻抗匹配通道可将超声能量传输效率由29.35%提升至68.71%；通过某组分材料的高温加速老化实验，验证了该系统对密封装置内传感器的电能供给与数据回传的可靠性；提供了一种高效的无损、无线密封装备内部状态监测方法，为密封贮存特种材料的长期在线健康监测与评估提供了工程化解决方案。
特种密封装备贮存过程的长期在线健康监测是评估材料寿命与装备效能的关键环节。为满足特种密封装备长时间在线健康监测过程对高效供电、高可靠数据传输与高集成度的需求，提出了一种集超声供能与无线数据回传为一体的无损、无线密封装备内部状态监测与健康评估技术。首先，建立了α-Al?O?与环氧树脂多层匹配的超声换能器声-电协同阻抗匹配模型；其次，突破高效的声能-通信耦合技术；最后，实现了超声波无线供能与载波数据回传功能复用的一体化协同工作。结果表明：提出的声-电协同阻抗匹配通道可将超声能量传输效率由29.35%提升至68.71%；通过某组分材料的高温加速老化实验，验证了该系统对密封装置内传感器的电能供给与数据回传的可靠性；提供了一种高效的无损、无线密封装备内部状态监测方法，为密封贮存特种材料的长期在线健康监测与评估提供了工程化解决方案。
2025, 45(5):855-868.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2025.05.001
摘要:
准零刚度（quasi-zero stiffness，简称QZS）隔振通过引入刚度非线性，有效解决了传统线性隔振在承载能力与隔振带宽之间的固有矛盾，展现出优异的低频隔振性能。如何设计力学结构，使隔振器力-位移曲线同时具备高静刚度与低动刚度特征，是实现准零刚度隔振的核心问题。围绕准零刚度隔振设计方法，首先，阐述了准零刚度隔振的基本原理，并根据刚度非线性化的实现途径，将传统设计方法归纳为几何运动非线性法、几何变形非线性法、磁非线性法以及应力-应变非线性法；其次，介绍了基于非线性正刚度结构的新兴准零刚度设计方法，包括渐硬型与渐软型非线性正刚度结构，并与传统方法进行了对比分析，讨论了二者在静力学与动力学行为上的差异；最后，从负刚度结构设计、准零刚度特性调控以及应用场景等方面进行了总结与展望，全面梳理了准零刚度隔振设计方法的最新研究进展，为未来的发展方向提供参考。
准零刚度（quasi-zero stiffness，简称QZS）隔振通过引入刚度非线性，有效解决了传统线性隔振在承载能力与隔振带宽之间的固有矛盾，展现出优异的低频隔振性能。如何设计力学结构，使隔振器力-位移曲线同时具备高静刚度与低动刚度特征，是实现准零刚度隔振的核心问题。围绕准零刚度隔振设计方法，首先，阐述了准零刚度隔振的基本原理，并根据刚度非线性化的实现途径，将传统设计方法归纳为几何运动非线性法、几何变形非线性法、磁非线性法以及应力-应变非线性法；其次，介绍了基于非线性正刚度结构的新兴准零刚度设计方法，包括渐硬型与渐软型非线性正刚度结构，并与传统方法进行了对比分析，讨论了二者在静力学与动力学行为上的差异；最后，从负刚度结构设计、准零刚度特性调控以及应用场景等方面进行了总结与展望，全面梳理了准零刚度隔振设计方法的最新研究进展，为未来的发展方向提供参考。
2025, 45(4):631-641.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2025.04.001
摘要:
极端环境下工程结构的服役安全性与寿命保障问题日益凸显，无损检测与结构健康监测技术在航空航天、深海装置、能源储运系统等关键工程领域发挥着重要作用。超声导波监检测作为结构健康监测技术中的重要手段，因其远距离传播能力强、模态丰富及对损伤敏感性高的特性，已广泛用于结构状态评估。然而，在高温、高压、深冷等极端工况下，导波信号易受到频散特性、模态转换与传感器失效等因素影响，显著制约着超声导波监检测的工程应用。笔者从声学传播理论、极端环境声学传感器与信号处理技术3方面对极端环境下超声导波监检测技术的研究现状进行系统梳理，并总结极端环境结构声学监检测技术在模型泛化能力、环境适配性与系统鲁棒性等方面的挑战。
极端环境下工程结构的服役安全性与寿命保障问题日益凸显，无损检测与结构健康监测技术在航空航天、深海装置、能源储运系统等关键工程领域发挥着重要作用。超声导波监检测作为结构健康监测技术中的重要手段，因其远距离传播能力强、模态丰富及对损伤敏感性高的特性，已广泛用于结构状态评估。然而，在高温、高压、深冷等极端工况下，导波信号易受到频散特性、模态转换与传感器失效等因素影响，显著制约着超声导波监检测的工程应用。笔者从声学传播理论、极端环境声学传感器与信号处理技术3方面对极端环境下超声导波监检测技术的研究现状进行系统梳理，并总结极端环境结构声学监检测技术在模型泛化能力、环境适配性与系统鲁棒性等方面的挑战。
2025, 45(3):421-429.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2025.03.001
摘要:
针对现有行星滚柱丝杠刚体模型忽略螺纹弹性变形及齿轮啮合激励耦合效应的局限，构建了融合齿轮啮合激励以及螺纹变形的动载荷分布模型。首先，阐明了啮合激励对螺纹副瞬态接触行为的作用机制，并据此推导出齿轮啮合振动和螺纹轴向振动微分方程；其次，采用小波变换、相图和庞加莱截面等时频分析技术研究系统动态响应，揭示了在不同外部载荷频率下的分岔演化模式；最后，对系统行为进行全局分析，以研究初始条件对系统响应的影响，为理解系统的整体动态演化奠定了基础。结果表明，齿轮和螺纹啮合之间的耦合相互作用会引起明显的非线性动态行为，并且齿轮副系统对初始状态的依赖性更强。
针对现有行星滚柱丝杠刚体模型忽略螺纹弹性变形及齿轮啮合激励耦合效应的局限，构建了融合齿轮啮合激励以及螺纹变形的动载荷分布模型。首先，阐明了啮合激励对螺纹副瞬态接触行为的作用机制，并据此推导出齿轮啮合振动和螺纹轴向振动微分方程；其次，采用小波变换、相图和庞加莱截面等时频分析技术研究系统动态响应，揭示了在不同外部载荷频率下的分岔演化模式；最后，对系统行为进行全局分析，以研究初始条件对系统响应的影响，为理解系统的整体动态演化奠定了基础。结果表明，齿轮和螺纹啮合之间的耦合相互作用会引起明显的非线性动态行为，并且齿轮副系统对初始状态的依赖性更强。
2025, 45(2):211-218.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2025.02.001
摘要:
现代高速精密切削对电主轴动态性能的要求不断提高，结构的复杂化、运行的高速化、轴承的多样化向电主轴转子动力学设计提出了新的挑战。针对此问题，综合运用滚动轴承分析理论、流体润滑理论与转子动力学理论，建立滚动轴承电主轴、空气轴承电主轴、水润滑轴承电主轴与组合轴承电主轴转子动力学模型，并开发了计算软件。基于性能分析结果，设计了多款高速精密电主轴产品。结果表明：取得的电主轴转子动力学成果为电主轴动态设计提供了理论支撑，所设计的高速精密电主轴产品在国内高端数控装备中获得成功应用，解决了核心功能部件的国产化难题。
现代高速精密切削对电主轴动态性能的要求不断提高，结构的复杂化、运行的高速化、轴承的多样化向电主轴转子动力学设计提出了新的挑战。针对此问题，综合运用滚动轴承分析理论、流体润滑理论与转子动力学理论，建立滚动轴承电主轴、空气轴承电主轴、水润滑轴承电主轴与组合轴承电主轴转子动力学模型，并开发了计算软件。基于性能分析结果，设计了多款高速精密电主轴产品。结果表明：取得的电主轴转子动力学成果为电主轴动态设计提供了理论支撑，所设计的高速精密电主轴产品在国内高端数控装备中获得成功应用，解决了核心功能部件的国产化难题。
2025, 45(1):1-9.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2025.01.001
摘要:
针对机械设备的异常数据难以获取和传统异常检测方法容易误报的问题，提出了一种基于深度对比一类分类的无监督异常检测框架，用于检测轴承等关键部件产生异常的时间点。所提出的框架分为2部分。第1部分，针对深度一类分类方法的分布未知与模型坍缩问题，提出一种改进的深度对比一类分类损失，修改了相似度度量方式，并添加了增强样本对之间的相似度约束。在训练过程中，选取4种备选的数据增强方案进行实验和分析，并选取了最佳的数据增强组合，使模型学习得到了更加均匀的正常数据分布。第2部分，采用极值理论在检测过程中不断拟合分布尾部的极值分布，动态更新异常样本阈值进而避免误报。最后，在辛辛那提轴承寿命数据集上验证了提出的异常检测框架在特征分布的均匀性、异常样本的分类准确性与故障起始点检测的精准性方面都具有优越性。
针对机械设备的异常数据难以获取和传统异常检测方法容易误报的问题，提出了一种基于深度对比一类分类的无监督异常检测框架，用于检测轴承等关键部件产生异常的时间点。所提出的框架分为2部分。第1部分，针对深度一类分类方法的分布未知与模型坍缩问题，提出一种改进的深度对比一类分类损失，修改了相似度度量方式，并添加了增强样本对之间的相似度约束。在训练过程中，选取4种备选的数据增强方案进行实验和分析，并选取了最佳的数据增强组合，使模型学习得到了更加均匀的正常数据分布。第2部分，采用极值理论在检测过程中不断拟合分布尾部的极值分布，动态更新异常样本阈值进而避免误报。最后，在辛辛那提轴承寿命数据集上验证了提出的异常检测框架在特征分布的均匀性、异常样本的分类准确性与故障起始点检测的精准性方面都具有优越性。
2024, 44(6):1047-1061.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2024.06.001
摘要:
工业相控阵超声检测（phased array ultrasonic testing， 简称PAUT）系统能有效遏制潜在的安全风险，在航空航天、特种设备制造及石油化工等关键行业发挥重要的作用。首先，阐述了PAUT系统的信号采集与成像原理，介绍了通用的相控阵检测工艺优化和数据分析方法；其次，分析了近年来PAUT系统的前沿研究进展，涵盖其在非线性超声成像、超声导波、空耦超声、电磁超声和激光超声中的应用；然后，结合PAUT技术与结构健康监测（structural health monitoring， 简称SHM），探讨了其在增材制造实时监测、低成本监测及云监测等方面的应用，并将植入式相控阵探头应用在智能材料监测中；最后，讨论了工业相控阵超声检测与监测系统面临的挑战及其向高性能化、智能化、多功能化和柔性化发展的趋势。
工业相控阵超声检测（phased array ultrasonic testing， 简称PAUT）系统能有效遏制潜在的安全风险，在航空航天、特种设备制造及石油化工等关键行业发挥重要的作用。首先，阐述了PAUT系统的信号采集与成像原理，介绍了通用的相控阵检测工艺优化和数据分析方法；其次，分析了近年来PAUT系统的前沿研究进展，涵盖其在非线性超声成像、超声导波、空耦超声、电磁超声和激光超声中的应用；然后，结合PAUT技术与结构健康监测（structural health monitoring， 简称SHM），探讨了其在增材制造实时监测、低成本监测及云监测等方面的应用，并将植入式相控阵探头应用在智能材料监测中；最后，讨论了工业相控阵超声检测与监测系统面临的挑战及其向高性能化、智能化、多功能化和柔性化发展的趋势。
2024, 44(5):837-842.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2024.05.001
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。
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。
2024, 44(4):629-639.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2024.04.001
摘要:
对旋转机械振动信号进行信号处理，能够有效提取特征进行故障诊断。振动信号模型来自旋转机械运动学和动力学机理，以数学形式表达，可以指导信号处理方法的设计。随着故障机理研究和信号处理方法研究的推进，研究人员对信号模型进行了发展，并基于这些信号模型设计了相应的信号处理方法。首先，介绍了一般化的信号模型，包括周期信号模型、循环平稳信号模型、自适应谐波模型、波形函数模型、任意阶谐波模型等，以及对应的信号处理方法；其次，分别介绍定工况和变工况条件下针对轴承和齿轮的典型振动信号模型及对应信号处理方法；最后，对振动信号模型的研究发展进行总结和展望，旨在回顾旋转机械故障诊断所涉及的信号模型，并说明其在信号处理算法设计和故障诊断特征提取中的价值和意义。
对旋转机械振动信号进行信号处理，能够有效提取特征进行故障诊断。振动信号模型来自旋转机械运动学和动力学机理，以数学形式表达，可以指导信号处理方法的设计。随着故障机理研究和信号处理方法研究的推进，研究人员对信号模型进行了发展，并基于这些信号模型设计了相应的信号处理方法。首先，介绍了一般化的信号模型，包括周期信号模型、循环平稳信号模型、自适应谐波模型、波形函数模型、任意阶谐波模型等，以及对应的信号处理方法；其次，分别介绍定工况和变工况条件下针对轴承和齿轮的典型振动信号模型及对应信号处理方法；最后，对振动信号模型的研究发展进行总结和展望，旨在回顾旋转机械故障诊断所涉及的信号模型，并说明其在信号处理算法设计和故障诊断特征提取中的价值和意义。
2024, 44(3):419-430.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2024.03.001
摘要:
针对力热传感器多数采用有线有源的技术方案，难以适用于高温、高压、强振以及机械动力旋转部件等环境下的力热参数原位测试问题，阐述了进行无线无源传感器件研究的重要意义，并对声表面波（surface acoustic wave ，简称SAW）传感器、LC谐振互感耦合传感器以及超材料传感器等3类无线无源力热传感器进行了总结及现状分析。首先，描述了无线无源力热传感器的需求情况；其次，介绍了3类传感器的工作原理、传感性能及其在独特场景下的具体应用；最后，讨论了无线无源传感器发展过程中的瓶颈问题，指出了未来可能改善和提升的发展方向。
针对力热传感器多数采用有线有源的技术方案，难以适用于高温、高压、强振以及机械动力旋转部件等环境下的力热参数原位测试问题，阐述了进行无线无源传感器件研究的重要意义，并对声表面波（surface acoustic wave ，简称SAW）传感器、LC谐振互感耦合传感器以及超材料传感器等3类无线无源力热传感器进行了总结及现状分析。首先，描述了无线无源力热传感器的需求情况；其次，介绍了3类传感器的工作原理、传感性能及其在独特场景下的具体应用；最后，讨论了无线无源传感器发展过程中的瓶颈问题，指出了未来可能改善和提升的发展方向。
2024, 44(2):209-216.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2024.02.001
摘要:
非制冷红外热成像测温过程受环境温度、测温距离和大气湿度等诸多因素影响，因此在复杂环境中实现高精度测温颇具挑战。为了满足复杂环境中精确测温的需求，分析并研究了非制冷红外热成像测温误差的主要影响因素和关键补偿技术。首先，针对非制冷红外探测器输出辐射温度易受环境影响的问题，设计了基于粒子群算法优化反向传播神经网络的非制冷红外探测器辐射温度预测算法，实现了不同工作温度下辐射温度的精确预测；其次，针对测温过程中的红外辐射大气衰减现象，设计了基于大气传输软件的近地红外辐射大气透射率计算方法，实现了大气透射率的准确、快速、便捷计算；最后，整合关键误差补偿技术形成了完整的非制冷红外热成像测温方法，并实验验证了以上关键技术对于提高红外测温精度和环境适应性的有效性。
非制冷红外热成像测温过程受环境温度、测温距离和大气湿度等诸多因素影响，因此在复杂环境中实现高精度测温颇具挑战。为了满足复杂环境中精确测温的需求，分析并研究了非制冷红外热成像测温误差的主要影响因素和关键补偿技术。首先，针对非制冷红外探测器输出辐射温度易受环境影响的问题，设计了基于粒子群算法优化反向传播神经网络的非制冷红外探测器辐射温度预测算法，实现了不同工作温度下辐射温度的精确预测；其次，针对测温过程中的红外辐射大气衰减现象，设计了基于大气传输软件的近地红外辐射大气透射率计算方法，实现了大气透射率的准确、快速、便捷计算；最后，整合关键误差补偿技术形成了完整的非制冷红外热成像测温方法，并实验验证了以上关键技术对于提高红外测温精度和环境适应性的有效性。
2024, 44(1):1-11.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2024.01.001
摘要:
以我国航空航天、钢铁冶金、特种设备等领域的高温声学无损检测技术研究与应用为主线，分析了高温声学检测技术在促进先进高温材料制备与研发、钢铁冶金行业绿色低碳生产和产业升级、高温压力管道安全运行与维护等方面的巨大需求。介绍了国内外在高温声学检测的技术方法和仪器研制等方面取得的进展，分析了压电超声、电磁超声、激光超声、激光电磁超声等技术在高温无损检测应用方面存在的优缺点和应用场景，总结了高温声学检测技术面临的机遇与挑战。
以我国航空航天、钢铁冶金、特种设备等领域的高温声学无损检测技术研究与应用为主线，分析了高温声学检测技术在促进先进高温材料制备与研发、钢铁冶金行业绿色低碳生产和产业升级、高温压力管道安全运行与维护等方面的巨大需求。介绍了国内外在高温声学检测的技术方法和仪器研制等方面取得的进展，分析了压电超声、电磁超声、激光超声、激光电磁超声等技术在高温无损检测应用方面存在的优缺点和应用场景，总结了高温声学检测技术面临的机遇与挑战。
2023, 43(1):1-8.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2023.01.001
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。
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。
2022, 42(6):1045-1061.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.06.001
摘要:
压电驱动具有结构简单、构型多样、力密度高、精度高、响应快、断电自锁、无电磁干扰以及环境适应性好等突出优势，在超精加工、半导体制造、机器人、精密仪器、生命科学、航空航天和武器装备等领域均具有迫切的应用需求，已成为高端装备向高精尖发展的一项核心技术。压电驱动技术可为高端装备的突破和发展提供坚实的基础，具有重要的科学意义和实用价值。首先，从高端装备发展对精密驱动技术的实际需求出发，系统阐述了压电驱动技术的定义、分类及特点；其次，介绍了压电驱动技术的研究现状，并对压电驱动技术的典型应用进行了概述和分析；最后，对压电驱动技术进行了讨论与展望。
压电驱动具有结构简单、构型多样、力密度高、精度高、响应快、断电自锁、无电磁干扰以及环境适应性好等突出优势，在超精加工、半导体制造、机器人、精密仪器、生命科学、航空航天和武器装备等领域均具有迫切的应用需求，已成为高端装备向高精尖发展的一项核心技术。压电驱动技术可为高端装备的突破和发展提供坚实的基础，具有重要的科学意义和实用价值。首先，从高端装备发展对精密驱动技术的实际需求出发，系统阐述了压电驱动技术的定义、分类及特点；其次，介绍了压电驱动技术的研究现状，并对压电驱动技术的典型应用进行了概述和分析；最后，对压电驱动技术进行了讨论与展望。
2022, 42(5):835-426.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.05.001
摘要:
随着物联网和通信技术的快速发展，现代工业装备海量运行数据被实时监测传输，推动装备服役阶段的故障预测与健康管理进入大数据时代。面对具有不确定性强、价值密度低及多源异构特点的装备运行大数据，传统浅层模型算法存在难以自主挖掘数据蕴含特征、对装备健康状态表征能力弱的先天不足。近年来，作为机器学习领域的研究热点，深度学习理论得到了学术界与工业界的广泛关注，相关的工业装备故障预测与健康管理（prognostics and health management， 简称PHM）研究与应用层出不穷，为解决大数据背景下的故障预测与健康管理难题提供了新的思路和技术手段。为此，笔者回顾了工业装备故障预测与健康管理技术发展历程；从异常检测、故障诊断以及故障预测3个方面综述了深度学习已取得的研究成果；讨论了深度学习在当下工业装备故障预测与健康管理中的热点话题；分析了该研究方向在工程实际中面临的挑战，并探讨应对这些挑战的有效措施和未来发展趋势。
随着物联网和通信技术的快速发展，现代工业装备海量运行数据被实时监测传输，推动装备服役阶段的故障预测与健康管理进入大数据时代。面对具有不确定性强、价值密度低及多源异构特点的装备运行大数据，传统浅层模型算法存在难以自主挖掘数据蕴含特征、对装备健康状态表征能力弱的先天不足。近年来，作为机器学习领域的研究热点，深度学习理论得到了学术界与工业界的广泛关注，相关的工业装备故障预测与健康管理（prognostics and health management， 简称PHM）研究与应用层出不穷，为解决大数据背景下的故障预测与健康管理难题提供了新的思路和技术手段。为此，笔者回顾了工业装备故障预测与健康管理技术发展历程；从异常检测、故障诊断以及故障预测3个方面综述了深度学习已取得的研究成果；讨论了深度学习在当下工业装备故障预测与健康管理中的热点话题；分析了该研究方向在工程实际中面临的挑战，并探讨应对这些挑战的有效措施和未来发展趋势。
2022, 42(4):627-635.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.04.001
摘要:
使用光纤光栅探测包含损伤信息的高频、小能量超声导波，是结构健康监测的关键技术和重点发展方向之一。首先，阐述了光纤光栅探测超声的基本原理，介绍了同时满足高灵敏度和大带宽的相移光纤光栅，揭示了光栅监测的角度相关性以及安装技术；其次，介绍了宽带光源解调法与可调谐激光解调法，将高速的小幅布拉格波长漂移转换为电压输出；然后，介绍了光纤光栅在冲击监测、声发射监测、声-超声监测三个方面的应用，着重以航空航天复合材料健康监测为例，讨论了损伤判断、定位及分类等功能的实现；最后，对光纤光栅在超声结构健康监测中的应用进行了总结和展望。
使用光纤光栅探测包含损伤信息的高频、小能量超声导波，是结构健康监测的关键技术和重点发展方向之一。首先，阐述了光纤光栅探测超声的基本原理，介绍了同时满足高灵敏度和大带宽的相移光纤光栅，揭示了光栅监测的角度相关性以及安装技术；其次，介绍了宽带光源解调法与可调谐激光解调法，将高速的小幅布拉格波长漂移转换为电压输出；然后，介绍了光纤光栅在冲击监测、声发射监测、声-超声监测三个方面的应用，着重以航空航天复合材料健康监测为例，讨论了损伤判断、定位及分类等功能的实现；最后，对光纤光栅在超声结构健康监测中的应用进行了总结和展望。
2022, 42(3):417-426.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004?6801.2022.03.001
摘要:
为了提升磁巴克豪森（magnetic Barkhausen noise，简称MBN）应力测量效率，提出了一种三角度磁巴克豪森测量平面应力的方法，分析了角度选择对精度的影响。为了减小标定的不确定性，提出了一种基于多维特征重构不确定性度量空间的贝叶斯标定方法。实验结果表明，当应力大于50 MPa时，采用相互间隔60°的3个角度，可实现主应力值测量误差不大于±10 MPa、方向测量误差不大于±5°。贝叶斯标定模型进一步将幅值误差降低到±5?MPa以下，并将方向测量的±5°误差带扩展到40 MPa的低应力区。该研究方法为工程中采用磁巴克豪森高效、准确测量平面应力奠定了基础。
为了提升磁巴克豪森（magnetic Barkhausen noise，简称MBN）应力测量效率，提出了一种三角度磁巴克豪森测量平面应力的方法，分析了角度选择对精度的影响。为了减小标定的不确定性，提出了一种基于多维特征重构不确定性度量空间的贝叶斯标定方法。实验结果表明，当应力大于50 MPa时，采用相互间隔60°的3个角度，可实现主应力值测量误差不大于±10 MPa、方向测量误差不大于±5°。贝叶斯标定模型进一步将幅值误差降低到±5?MPa以下，并将方向测量的±5°误差带扩展到40 MPa的低应力区。该研究方法为工程中采用磁巴克豪森高效、准确测量平面应力奠定了基础。
2022, 42(2):207-212.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.02.001
摘要:
采用任意拉格朗日-欧拉方法和罚函数耦合方法对静水环境中某型直升机-浮囊着水过程进行数值模拟，并对直升机和浮囊的力学特性及流场特性进行分析。结果表明：机体着水前，浮囊通过压缩囊内气体、与水相互作用及自身变形起到了吸能缓冲的作用，相对未安装浮囊，可使直升机冲击过载峰值降低69%；机体着水初期，水体高压区集中在机体底部、浮囊前端和浮囊后安装点附近。机体底部出现两处高压区且压力沿机体宽度方向呈弧形状分布，着水过程中浮囊应力较大区域集中在前/后安装点附近及它们之间的“弧形”区域，两浮囊未发生破损。浮囊最大等效应力为193.9 MPa，出现在浮囊前安装点附近。
采用任意拉格朗日-欧拉方法和罚函数耦合方法对静水环境中某型直升机-浮囊着水过程进行数值模拟，并对直升机和浮囊的力学特性及流场特性进行分析。结果表明：机体着水前，浮囊通过压缩囊内气体、与水相互作用及自身变形起到了吸能缓冲的作用，相对未安装浮囊，可使直升机冲击过载峰值降低69%；机体着水初期，水体高压区集中在机体底部、浮囊前端和浮囊后安装点附近。机体底部出现两处高压区且压力沿机体宽度方向呈弧形状分布，着水过程中浮囊应力较大区域集中在前/后安装点附近及它们之间的“弧形”区域，两浮囊未发生破损。浮囊最大等效应力为193.9 MPa，出现在浮囊前安装点附近。
2022, 42(1):1-10.
DOI: 10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2022.01.001
摘要:
伴随我国经济快速发展，火/核电厂大型冷却塔建设保持快速增长势头，呈现超高、超大的发展趋势。风荷载作用下的冷却塔塔筒壳体风致稳定和结构风振效应成为结构设计建造的关键控制因素。笔者从理论分析、试验模拟、数值计算、现场实测4个方面论述了冷却塔风致稳定和风振效应系列研究进展，阐明了基于环向均匀加载的冷却塔稳定验算公式难于适用复杂风压条件下壳体弹性稳定分析与评估，强调了基于现场实测建立超高雷诺数条件下动态绕流物理风洞试验模拟准则的必要性，推荐开展风致动力分析中冷却塔结构阻尼比实测工作。面向台风和龙卷风等特异风灾气候结构效应研究的现实需求，亟需开展特异风场作用下大型冷却塔壳体失稳和结构风振效应和机理的研究。
伴随我国经济快速发展，火/核电厂大型冷却塔建设保持快速增长势头，呈现超高、超大的发展趋势。风荷载作用下的冷却塔塔筒壳体风致稳定和结构风振效应成为结构设计建造的关键控制因素。笔者从理论分析、试验模拟、数值计算、现场实测4个方面论述了冷却塔风致稳定和风振效应系列研究进展，阐明了基于环向均匀加载的冷却塔稳定验算公式难于适用复杂风压条件下壳体弹性稳定分析与评估，强调了基于现场实测建立超高雷诺数条件下动态绕流物理风洞试验模拟准则的必要性，推荐开展风致动力分析中冷却塔结构阻尼比实测工作。面向台风和龙卷风等特异风灾气候结构效应研究的现实需求，亟需开展特异风场作用下大型冷却塔壳体失稳和结构风振效应和机理的研究。
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