《振动、测试与诊断》是由国家工业和信息化部主管,南京航空航天大学和全国高校机械工程测试技术研究会联合主办,是反映振动、动态测试及故障诊断学科领域的科研成果及其应用情况的技术性刊物。主要介绍国内外以振动测试与故障诊断为中心的动态测试理论、方法和手段的研究及应用方面的技术文献、专题报告和学术动态,包括实验测试技术、测试仪器的研制、方法和系统组成、信号分析、数据处理、参数识别与故障诊断以及有关装置的设计、使用、控制、标定和校准等。

本刊创刊于1980年。被美国Ei Compendex (核心)、荷兰Scopus数据库、JST日本科学技术振兴机构数据库、中国科学引文数据库(CSCD)核心库、北京大学《中文核心期刊要目总览》((第5版)机械、仪表工业类核心期刊)国内外多家重要数据库收录,WJCI科技期刊世界影响力指数报告来源期刊,入选《机械工程领域高质量科技期刊分级目录》和《振动工程领域高质量科技期刊分级目录》T2级、《航空航天类高质量科技期刊分级目录》T3级,并连续4届(2016,2018,2020,2022)被评为“中国高校百佳科技期刊”。

 

  

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    [摘要] (111) [HTML] (36) [PDF 2.18 M] (388)
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    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。
    [摘要] (985) [HTML] (30) [PDF 3.40 M] (302)
    摘要:
    为提高复杂框架结构损伤识别的准确率,提出了一种基于多通道马尔可夫变迁场(multi-channel Markov transition field, 简称MCMTF)和卷积神经网络(convolutional neural network, 简称CNN)的框架结构损伤识别方法。首先,采用MCMTF理论将原始一维振动信号转换为二维图像,实现数据升维和多通道数据融合;其次,以MCMTF转换后的图像数据集作为输入训练CNN模型;最后,经调参优化自动提取损伤敏感特征,并实现损伤识别。将该方法应用于IASC-ASCE Benchmark框架结构数值模型及3层钢框架结构模型试验,对比研究了多通道MTF、单通道MTF和原始数据矩阵3种数据输入方式,CNN、长短时记忆(long short term memory,简称LSTM)神经网络和深度神经网络(deep neural network,简称DNN)3种网络模型,以及噪声对框架结构损伤识别准确率的影响。结果表明:MCMTF与CNN结合方法的损伤识别准确率最优且具有良好的鲁棒性,其对Benchmark框架数值模型模拟损伤的识别准确率可达94.4%,对3层钢框架试验模型实际损伤的识别准确率可达98.4%。
    [摘要] (47) [HTML] (16) [PDF 1.45 M] (251)
    摘要:
    为快速评估曲线连续梁桥支座健康状态,提出了基于时程统计指标的桥梁支座脱空病害识别方法。首先,提取行车激励下桥面测点加速度信号的20个时程统计指标,通过概率统计的方式,得出各统计指标的置信区间;其次,根据各时程统计指标对支座脱空的敏感程度不同,采用熵值法确定各统计指标的权重分配值;最后,根据各测点异常指标数计算损伤指数,综合判断测点附近支座是否出现脱空病害。为验证方法的有效性,以某3×25 m曲线连续梁桥为工程背景,建立车桥耦合动力学模型进行分析验证。结果表明:该方法可以准确识别脱空支座所在位置,并且可以有效识别较小的损伤;相比于中间支座脱空,时程统计指标对端支座脱空更为敏感。
    [摘要] (44) [HTML] (24) [PDF 1.98 M] (238)
    摘要:
    为了解决近水平长钻孔孔内管柱受压后摩阻增大甚至管柱屈曲变形的问题,提出了轴向振动减摩和防屈曲方法。首先,建立了轴向振动减摩的力学分析模型,分析了振动减摩的内在力学机制;其次,建立了振动减摩的有限元模型,研究了激振力、激振频率对于减摩效果的影响关系,并通过现场试验进行了验证。研究结果表明:单个振动周期内管柱与孔壁摩阻存在方向变换现象,降低了单个振动周期内的平均摩阻;激振力越大,减摩效果越好;轴向振动的幅值和频率达到一定门限值后能够有效防止管柱屈曲变形,降低管柱摆动;对于长为200 m 、直径为89 mm的通缆钻杆管柱,当激振力大于等于5 kN时,能够大幅度减小管柱与孔壁摩阻,防止管柱屈曲;平均摩阻与振动频率呈倒对数关系,随着激振频率的增大,平均摩阻先减小而后趋于稳定,当激振频率大于等于6 Hz后减摩效果趋于稳定。该研究结果对于减摩防屈曲钻具的研制以及钻孔工程施工具有指导意义。
    [摘要] (40) [HTML] (16) [PDF 3.24 M] (278)
    摘要:
    针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA) 材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb0.8Ba0.2ZrO3,简称PBZ)纳米陶瓷纤维制备柔性薄膜,并与NiTi合金弹簧复合制得PBZ/PVDF@SMA复合驱动器,通过薄膜的电卡效应加热及冷却SMA丝,与传统电流加热及自然冷却方式进行了对比。结果表明,缩短了SMA丝循环周期,提高了其响应频率,有利于扩大SMA的适用场所。
    [摘要] (96) [HTML] (29) [PDF 2.27 M] (272)
    摘要:
    针对直升机附件齿轮箱在有限多工况条件下故障特征提取难度大、识别准确率低等问题,提出一种结合变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)与多尺度卷积神经网络(multi-scale convolutional neural netwo,简称MCNN)的故障诊断方法。首先,对直升机附件齿轮箱进行地面实验和信号采集,对原始信号进行滤波、降噪等预处理;其次,利用VMD将信号分解为若干个固有模态(intrinsic mode functions,简称IMF),依据齿轮副频率特性对分解模态进行重构与归一化,增强微弱的高频故障特征;最后,将重构信号的每个分量视作不同尺度,经多尺度卷积神经网络进行多尺度特征提取并融合,由指数归一化分类器给出识别的故障类别。实验结果表明,所提方法能够有效增强信号故障特征,挖掘多工况条件下信号的差异性与同一性,在直升机附件齿轮箱振动故障诊断中平均准确率为97.25%。
    [摘要] (26) [HTML] (19) [PDF 1.64 M] (210)
    摘要:
    高速重载人字齿轮箱的摩擦功率损失会转换成为温升,齿面温度测量是评价齿轮箱润滑和冷却设计的重要手段。针对某人字齿轮箱中内齿圈外圆面温度的在线实时准确测量需求,提出了一种基于红外测温仪的旋转齿轮表面温度测量方法,并分别设计搭建了相关测试试验装置。首先,分析了基于红外测温仪的旋转齿轮表面温度测量误差的影响因素;其次,通过试验对待测齿面的发射率进行标定;最后,开展了不同转速工况下的喷油润滑齿轮表面温度测量试验,并分析了吹气压力和吹气温度对红外测温误差的影响。研究结果表明:待测齿面喷涂黑色哑光漆后的标定发射率为0.96,而红外测温光路上的光学镜片会使红外测温值低2℃左右;带有空气吹扫管的红外测温仪可以在线实时测量旋转内齿圈外圆面的温度,且红外与热电偶测温值的最大相对误差不超过7%;选择合适的空气吹扫压力和吹扫温度,可以进一步减小红外测温误差。
    [摘要] (32) [HTML] (23) [PDF 2.07 M] (198)
    摘要:
    浅埋偏压隧道上覆岩土体薄弱,承受荷载不对称,在地震作用下的动力稳定性较差且易发生灾害。为研究其在地震作用下的动力响应特征,首先,基于波动理论将地震波转换为黏弹性人工边界上的等效节点荷载,建立了SV波斜入射时的荷载计算公式;其次,在ANSYS中编制APDL程序实现了黏弹性人工边界的自动生成和地震荷载的自动输入;最后,基于该输入方法,研究了某浅埋偏压双洞隧道在不同洞距时衬砌主应力的分布规律。结果表明:地震波斜入射时两隧道衬砌应力均为不对称的X型分布,随着洞距的增大,深埋侧隧道应力分布逐渐趋于对称,浅埋侧隧道应力分布无明显变化;当洞距达到4DD为最大洞径)后,浅埋侧隧道对深埋侧隧道的影响可以忽略。因此,认为地震波斜入射时浅埋偏压双隧道的合理洞距为4D
    [摘要] (42) [HTML] (25) [PDF 2.42 M] (225)
    摘要:
    针对由于特征维数过高导致故障数据集分类困难及故障模式辨识精度偏低的问题,提出一种基于多图协同决策(multi graph collaborative decision-making,简称MGCD)的转子故障数据集降维算法。首先,在边缘Fisher分析(marginal Fisher analysis, 简称MFA)算法框架基础上,通过建立近邻图和远邻图解决因单一图结构导致的故障类别局部不可分问题;其次,采用最大化散度加权差分方式去削弱小样本问题造成的影响;最后,利用两个不同结构型式的转子系统故障模拟数据集对算法性能进行了验证。结果表明,使用本算法对故障数据集进行降维得到的敏感故障数据集使故障类别之间的差异性更加突出,能够提高故障模式识别准确率,为提高旋转机械智能故障诊断技术水平提供一定的研究参考依据。
    [摘要] (68) [HTML] (33) [PDF 1.65 M] (247)
    摘要:
    针对某型航空发动机试车过程中的稳态振动波动问题,开展了时域和频域分析,指出振动波动是由于低压2倍频和高压基频振动拍振所引起。推导了航空发动机拍振引起的振动响应,建立了某型航空发动机双转子动力学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明,当发动机两个激振力频率相近时,会产生拍振引起振动波动,仿真结果与试验结果相吻合。结合发动机结构和其工作特点,分析了发动机形成低压倍频-高压基频耦合拍振的条件,给出了拍振排除方法,并通过试验验证了方法的正确性。工程上可以通过调整高压和低压转子转差关系,将转速比调整到合理范围内即可消除拍振。
    [摘要] (26) [HTML] (18) [PDF 1.38 M] (204)
    摘要:
    R角是曲面变壁厚结构,传统超声检测方法难以对其轮廓和缺陷进行完整成像显示。针对此问题,首先,提出双探头全聚焦成像方法,实现R角区域的完整成像显示;其次,为了改善双探头全聚焦成像效率较低的问题,采用梯形矩阵聚焦成像算法,实现高效实时成像;最后,对典型变壁厚R角试件开展聚焦成像实验,验证了双探头梯形矩阵聚焦成像方法的有效性。结果表明,与传统单探头全聚焦成像方法相比,双探头梯形矩阵聚焦成像方法能够显示R角结构的完整内轮廓,并清楚显示和定位内部缺陷。
    [摘要] (39) [HTML] (25) [PDF 2.38 M] (195)
    摘要:
    为了探讨不同特征对区分滚动轴承故障状态贡献的大小,在特征层面上使轴承的定性概念与定量数据建立关联,以达到敏感特征提取的目的,将云理论引入到滚动轴承的特征筛选中,并将所提方法结合GG(Gath-Geva, 简称GG)聚类应用于滚动轴承的故障辨识。首先,对滤波消噪后的振动信号提取高维原始特征集,建立滚动轴承在不同运行状态下的云分布模型;然后,利用正向云发生器分别求出不同样本下各特征对轴承状态的确定度,设定阈值筛选原始特征集中对轴承运行状态贡献度大的特征,计算其出现的概率并作为权值,提出一种基于云理论加权特征选择方法,筛选出敏感特征集;最后,利用主成分分析(principal component analysis, 简称PCA)对敏感特征集降维并输入至GG聚类中,完成故障辨识。实验结果表明,相较于传统的特征选择方法,所提算法在聚类评价指标及故障辨识率上具有明显的优势。
    [摘要] (24) [HTML] (19) [PDF 2.62 M] (210)
    摘要:
    为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。
    [摘要] (41) [HTML] (20) [PDF 1.24 M] (226)
    摘要:
    针对高速旋转叶片振动导致的叶片裂纹甚至断裂而影响设备运行安全的问题,研究了叶片全域动应变与叶尖振动幅值的映射关系,提出一种透平叶片弯曲及扭转共振下叶片动应变非接触式测试方法,可实现基于叶尖振动幅值的叶片动应变反演,为叶片疲劳寿命预测奠定基础。首先,以某透平叶片为对象,对叶片进行模态分析获取全域应变和幅值比,进行叶尖振动测量点的优化;其次,运用振动台对叶片进行振动激励试验,获得叶片1阶、2阶共振下模态频率和应变-位移响应比,并对有限元分析模型进行修正。研究结果表明,所提出的叶片动应变测试应变-位移相对误差小于10%,频率误差小于1%,证明了叶片动应变测试方法的有效性。
    [摘要] (43) [HTML] (13) [PDF 2.59 M] (243)
    摘要:
    针对刀具磨损状态识别过程中采集数据量大、干扰信号复杂且需人为选择特征参数的问题,为提高刀具磨损状态识别模型的鲁棒性与泛化性,提出了一种数据驱动下深度堆叠稀疏降噪自编码(stacking sparse denoising auto-encoder,简称SSDAE)网络的刀具磨损状态识别方法,实现隐藏在数据中深层次的数据特征自动挖掘。首先,将原始振动信号分解为一系列固有模态分量(intrinsic mode function,简称IMF),并采用皮尔逊相关系数法选取了最优固有模态来组合一个新的信号;其次,采用SSDAE网络自适应提取特征后对刀具磨损阶段进行了状态识别,识别精度达到98%;最后,对网络模型进行实验验证,并与最常用的刀具磨损状态识别方法进行了对比。实验结果表明,所提出的方法能够很好地处理非平稳振动信号,对不同刀具磨损阶段状态的识别效果良好,并具有较好的泛化性能和可靠性。
    [摘要] (44) [HTML] (19) [PDF 2.29 M] (228)
    摘要:
    利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,简称PIV)和涡量分析原理对调节阀不同工况下的流场信息进行测量,研究了进口压力对液压调节阀速度场、涡量场及湍动能的影响。结果表明:调节阀节流口处有对冲射流,其在阀芯头部下游汇合后形成向下游的整体喷射;节流口下游的油液轴向速度先减小后增大,在喉部末尾处附近趋于稳定; 在靠近壁面区域油液径向流动速度都较低,在流道中心区域流动速度较高;阀芯头部和下游流道存在由速度梯度引起的介质回流旋涡,高涡量区域主要分布在阀芯头部和壁面处,强的正涡与负涡呈2条斜形宽带分布;阀芯头部为高涡量区且具有贴壁特征,壁面附近高涡量区向下游延展;随着调节阀进口压力的增大,阀口流量、流场高速分布区域、旋涡的强度和尺度以及湍动能均随之增大。
    [摘要] (47) [HTML] (20) [PDF 2.05 M] (238)
    摘要:
    为了研究环境风对高速铁路双弓-网系统动态受流性能的影响,首先,以位于我国西部大风区的兰新高铁为研究对象,基于模态分析法建立双弓-网耦合系统模型;其次,运用空气动力学理论推导作用于接触网线索上的环境风载荷;然后,考虑横风向空气阻尼的影响,探究空气阻尼作用下双弓受流特性;最后,采用4阶自回归(autoregression, 简称AR)模型建立接触网沿线脉动风场,着重分析风速和风攻角对双弓受流的影响。结果表明:横风向空气阻尼对双弓受流产生的影响较小;脉动风下风速越大则风向越趋于垂向,双弓受流性能更易恶化;后弓受流性能相较前弓对风速和风攻角的变化更加敏感。双弓-网系统风振响应分析可为优化风环境下弓网受流质量和接触网防风参数设计提供参考。
    [摘要] (95) [HTML] (28) [PDF 2.20 M] (353)
    摘要:
    为提高航空发动机剩余寿命(remaining useful life,简称RUL)预测能力,构建了一种注意力机制与长短期记忆网络(long short-term memory,简称LSTM)融合的深度学习模型。首先,分析多元高维的运行参数与RUL之间的协方差相关性,实现数据降维,优化模型权重;其次,利用运行参数的时序退化特性提高模型的回归预测效果。在NASA发动机数据集上实验的均方根误差(root mean square error, 简称RMSE)范围为[4.83,13.66],与卷积神经网络(convolution neural networks,简称CNN)、LSTM和双向长短期记忆网络(bi-directional long short-term memory,简称Bi-LSTM)方法相比,极大地提高了预测的准确度,实现了超前预测。合并样本的方法提高了模型的泛化性,对不同类型的发动机RUL预测具有指导意义。
    [摘要] (36) [HTML] (20) [PDF 2.50 M] (239)
    摘要:
    以普速铁路路侧落地安装直立式混凝土声屏障为研究对象,利用原位试验方法研究了列车运行下屏障板水平及竖向加速度时程和频谱特征,结合悬臂板理论模态分析了屏障板相对其基础的振动放大效应及机理。结果表明,钢轨-轨枕-道床-声屏障基础振动递减,屏障板较其基础加速度平均放大2倍,振级平均增大6 dB,道床和基础竖向振动卓越频率为63.5 Hz,水平向放大显著频段为6~8 Hz和40~50 Hz,竖向放大显著频率为63.5 Hz和160 Hz。理论模态分析显示,屏障板水平向前2阶自振频率为7 Hz和46 Hz,竖向1阶自振频率为170 Hz,说明水平放大效应与其前2阶自振频率相关,竖向放大效应与其1阶自振频率和基础激励频率相关。将屏障板振动响应估算简化为地基土-声屏障动力相互作用耦合振动模型,以考虑其受地基激励强迫振动和自由振动双重影响是合理可行的。
    [摘要] (31) [HTML] (19) [PDF 2.38 M] (220)
    摘要:
    为提高变体飞行器头锥在外部负载条件下的运动性能,提出一种二自由度的3RSH/3RRR变体头锥机构(R,S,H分别为转动副、球副及螺旋副),进行了位置分析和机构运动特性分析。通过Simulink/SimMechanics工具箱搭建变体头锥机构框图,并分别搭建模糊比例积分微分(proportion integration differentiation,简称PID)控制系统和BP神经网络(backpropagation networks,简称BPNN)PID控制系统。在空载、随机变化负载2种不同外部环境下,设定阶跃、正弦2种期望轨迹进行仿真,比较了常规PID、模糊PID和神经网络PID的控制性能。实验结果表明,智能控制的适应性、鲁棒性远好于常规PID,其中模糊PID控制对变体头锥机构的控制性能最好,能够满足不同工况下的控制要求。
    [摘要] (44) [HTML] (19) [PDF 2.10 M] (235)
    摘要:
    基于Thomsen岩石各向异性参数,计算了各向异性对在地下岩层中传播的弹性地震波的相速、能速和时-深转换的影响。结果表明:在关于垂直轴对称的横向各向同性介质非对称轴方向传播的P波的能速可以小于对称轴方向的相速,而在非对称轴方向传播的SV波的能速始终大于或等于对称轴方向的相速;如果不考虑各向异性或考虑各向异性但忽略在地层中传播的地震波的能速和相速之间的差别,会引起对地震波勘探信号的时-深转换产生误差,即不能用地震波勘探信号的走时信息准确地反演地下岩层的地质结构。
    [摘要] (31) [HTML] (16) [PDF 2.10 M] (208)
    摘要:
    绝对式磁编码器具有价格低、安装方便等优势,适合于工程应用,但在低转速工况下其角度信号受测量误差的影响较大,需要对角度信号进行拟合以消除测量误差带来的干扰。传统的分段拟合方法在分段点处易出现不连续现象,角度信号的不连续导致由其计算的瞬时角速度(instantaneous angular speed, 简称IAS)信号中出现虚假冲击,并对基于IAS信号的故障特征提取造成干扰。针对此问题,提出一种基于绝对式磁编码器IAS估计和窄带解调的太阳轮故障检测方法。首先,为保证IAS信号的连续性与平滑性,提出基于最小二乘拟合与5次Hermite插值的方法,实现了对IAS信号的拟合估计和平滑处理;其次,结合窄带解调技术实现了对行星齿轮减速器太阳轮故障特征的有效提取;最后,通过对正常与故障太阳轮的绝对式磁编码器信号分析对比,验证了所提方法的有效性。
    [摘要] (41) [HTML] (22) [PDF 4.34 M] (254)
    摘要:
    为了研究地铁隧道上部土层施工扰动下隧道结构的模态特征,对上海地铁12号线某盾构隧道进行了现场振动测试,分析了列车振动荷载作用下隧道结构时频域的特征变化规律,并基于自回归滑动模型(auto regressive moving average, 简称ARMA)法提取了受土层扰动前后隧道结构的模态频率变化量。结果表明:盾构隧道结构呈现明显的中低频特性,主频域范围在0~200 Hz之间,列车振源的高频成分消散较快;受土层施工扰动后,隧道侧壁振动整体幅值和数据波动减小;隧道结构模态频率呈现减小的趋势,最大频率变化量为-2.935 Hz。研究结果可为复杂条件下隧道结构的模态识别及在役性能健康监测评估提供依据和支撑。
    摘要:
    液压重载机械臂工作时由重力引起的预应力刚化对于整体结构的仿真分析具有显著的影响,针对此问题,提出了一种考虑预应力刚化的计算模态分析方法和基于径向基函数代理模型的有限元模型修正方法。以某型液压重载机械臂为研究对象,建立整体复杂结构的有限元模型及其预应力刚化模态频率的代理模型,以多个工况试验模态分析结果为目标,基于全局优化算法实现了整体结构的模型修正。对试验修正后的模型开展了应变响应预测,验证了模型的预测能力。研究结果表明,所提方法不仅提高了模型复现修正响应的能力,而且能够准确预测未修正的响应,从而验证了方法的可行性,为重载机械臂的自动控制和优化设计提供了精确动力学模型。
    [摘要] (38) [HTML] (20) [PDF 1.52 M] (207)
    摘要:
    针对现有航空发动机轴类零件扭转疲劳试验运用止扭技术的不足,提出了基于圆柱弹簧的试验止扭方案。以目前采用止扭液压缸的相关参数为设计输入条件,进行了基于圆柱弹簧止扭装置(elastic anti-twist device ,简称EATD)的工程设计和计算分析,并开展了基于圆柱弹簧的试验止扭装置的标定试验、工程验证试验。研究结果表明,该试验止扭装置较传统装置采用单元体设计简化了结构,止扭精度提高了数倍,安装时间节约了近12 h/人以上。因此,基于圆柱弹簧的试验止扭技术具有显著工程应用价值。
    [摘要] (40) [HTML] (13) [PDF 2.41 M] (206)
    摘要:
    针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配置的数学模型,再根据模态坐标和振型采用正则化方法反演结构应变场。仿真计算结果表明,无噪声干扰下,反演的精度较高,最大均方误差为9.87×10-12,并且正则化方法可以有效抑制噪声对结果的影响。搭建了基于光纤光栅传感系统的测试试验台,基于实测应变数据和模态结果反演应变场,结果表明,反演后的应变幅值相对误差带为1.21%~10.79%,反演数据和实测数据的均方误差带为0.80~3.69。该方法能够准确识别结构的模态坐标,为获取高速列车关键结构的应变场分布提供参考。
    [摘要] (50) [HTML] (23) [PDF 1.53 M] (241)
    摘要:
    为实现履带车辆主动悬挂减振性能和能耗达到综合最优,基于正交试验方法开展履带车辆主动悬挂多点布置优化设计。首先,建立了履带车辆悬挂系统动力学模型,并通过道路模拟试验验证了该模型的合理性;其次,开展了履带车辆悬挂系统正交试验,分析了4种典型路面下各子悬挂对悬挂系统减振性能影响的敏感性;最后,设计了主动悬挂作动器的6个布置方案,通过建立基于线性二次最优(linear quadratic regulator,简称LQR)控制的履带车辆主动悬挂动力学模型,分析了典型路面下各布置方案对悬挂系统减振性能的影响规律及能耗变化规律。结果表明,通过对履带车辆主动悬挂作动器的布置优化,可以实现悬挂减振性能和能耗之间的平衡。
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    2014,34(1):113-118, DOI:
    [摘要] (4027) [HTML] (0) [PDF 1007.42 K] (20736)
    摘要:
    为了解斜拉桥索梁耦合振动对拉索阻尼器减振效果的影响,建立了由拉索、主梁和线性粘滞阻尼器组成的理论模型,采用无量纲和复模态分析方法详细研究了索梁耦合振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响,并与通用设计曲线法得到的结果进行了对比。结果表明,索梁的同相位耦合振动会大幅降低拉索阻尼器的减振效果且耦合程度越高,拉索阻尼器的效果就越差。通过分析阻尼器活塞的绝对位移发现,阻尼器减振效果的降低主要是由于主梁与拉索同步振动、阻尼器活塞相对速度降低、出力减小造成的。
    2015,35(3):525-529, DOI:
    [摘要] (2971) [HTML] (0) [PDF 545.26 K] (14274)
    摘要:
    为获得双气缸式直线压缩机工作过程中的活塞运动特性,耦合压缩机气体作用力方程和直线电机推力方程,建立了工作过程活塞非线性动力学模型。运用能量平衡原理对非线性振动方程进行了求解,获得了动力学模型的近似解析解,分析了活塞运动的稳定性特点和工作过程幅频关系。研究结果发现:双缸型直线压缩机工作过程具有明显的自激振动特点,初始时刻压缩机运动状况不影响最终的运行结果,经过一定时间后,活塞运动会趋于稳定的极限环,最终达到恒频恒幅运动;活塞运动频率不具有“固定频率”属性,它不仅受到压缩机物理结构参数的限制,同时也受到电机推力和进气压力的影响;随着进气压力的增加,活塞运动频率增大,且在高负荷状态下,压缩机活塞运动频率主要受进气压力决定。
    2015,35(3):409-416, DOI:
    [摘要] (3080) [HTML] (0) [PDF 3.98 M] (13687)
    摘要:
    首先,在论述光纤传感器基本理论和技术的基础上,重点以两类典型的传光型光纤传感器——反射式光纤位移传感器及透射式光纤传感带为对象,讨论了其检测原理和关键技术,以及在大型旋转机械支承——滑动轴承的润滑膜状态信息和转子振动信息、航空发动机涡轮叶尖间隙、燃油流量及人体位姿信息等重要工程参数检测中的应用;其次,分析了两种典型的传感型光纤传感器——光强调制型光纤曲率传感器和Bragg光纤光栅传感器的检测原理和关键技术,并介绍了它们分别在机匣变形动态测量和齿轮应力应变动态测量中的应用;最后,基于这两类典型光纤传感器的特点及工程应用,对光纤动态检测技术进行了总结和展望。
    2015,35(3):417-422, DOI:
    [摘要] (2722) [HTML] (0) [PDF 2.41 M] (12491)
    摘要:
    结合我国现有异体同构周边式对接机构的研究基础,对大通过范围通用停靠机构开展研究。首先,从空间站的基本任务需求出发,对国内外现有常用对接/停靠机构功能及适用范围进行了详细对比总结;其次,对雄/雌式停靠机构进行了详细设计,重点对导向组件、捕获锁组件等机构进行设计及原理分析;然后,建立了停靠机构接触过程数学模型,重点对停靠机构接触过程作用点的确定开展了研究,同时对停靠机构进行了多工况虚拟样机仿真[JP2]分析;最后,对该停靠机构进行了模态分析,分析了停靠机构的固有频率和振型。通过上述分析验证了所设计机构模型的准确性,寻找了机构设计的薄弱点,并给出了解决方案,所研究成果为我国发展空间站停靠机构提供技术参考。
    2013,33(6):925-930, DOI:
    [摘要] (3048) [HTML] (0) [PDF 2.19 M] (9213)
    摘要:
    作为新一代飞机所采用的先进维护管理系统,健康监测与预测系统是一种全面的故障检测、预测与状态管理系统。阐述了健康监测与预测系统的含义,介绍了健康监测与预测系统的发展过程,对当前飞机健康监测与预测系统的应用状态进行了全面的概述,分析了健康监测与预测系统涉及的主要关键技术,包括先进传感器技术、故障诊断与健康评估技术、故障预测技术、数据融合技术和系统验证与评价技术,并对未来的发展方向进行了展望。
    [摘要] (1806) [HTML] (0) [PDF 4.99 M] (8411)
    摘要:
    为从含有较强噪声的缸盖振动信号中提取有效的故障特征并进行故障分类,提出了采用独立变分模态分解(independent variational mode decomposition,简称IVMD)与改进核极限学习机(improved kernel extreme learning machine,简称IKELM)的发动机故障诊断方法。首先,根据频谱循环相干系数选取匹配波形对信号进行端点延拓,并利用变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)将延拓后信号分解为一系列固有模态分量,有效抑制了VMD中的端点效应;其次,选取有效分量作为输入观测信号,进行核独立成分分析,进一步分离干扰噪声与有效信号,并消除模态混叠,得到相互独立的有效故障特征频带,进而提取各频带的自回归模型参数、多尺度模糊熵和标准化能量矩构建故障特征向量集;最后,建立基于社会情感优化算法的IKELM分类模型,对故障特征进行分类,实现发动机故障诊断。仿真和实验结果表明,所提出的方法可有效抑制VMD的端点效应,提高信号分解精度,消除噪声干扰并分离出相互独立的有效故障特征频带,增强特征参数辨识度,最终提高发动机故障诊断速度与精度,发动机故障诊断平均准确率达到99.85%。
    2015,35(5):981-986, DOI:
    [摘要] (2906) [HTML] (0) [PDF 919.72 K] (6815)
    摘要:
    为了明晰路面不平度空间域统计量的计算,以及几种重要功率谱密度(power spectral density,简称PSD)之间的关系,以帕塞瓦尔定理和维纳 辛钦定理为依据,在推导空间域自相关函数和PSD计算公式的基础上,导出了不平度空间域位移、速度与加速度PSD以空间频率与角频率PSD之间的换算关系。另外,为了完善傅里叶逆变换法路面建模中PSD离散化的理论基础,以傅里叶级数与变换、离散傅里叶变换和频域卷积定理为依据,从离散化的原因、目的和结果验证出发论证了PSD离散化的正确性。就模拟路面验证问题,指出直接法谱估计的不合理之处,论证了平均周期图法谱估计时,空间与时间采样频率分别对应着空间域和时间域PSD输出。结果表明,上述换算关系和论证是正确的,可应用于路面不平度建模和汽车平顺性分析。
    [摘要] (2361) [HTML] (0) [PDF 4.63 M] (6623)
    摘要:
    高频超声是超声技术前沿研究领域,可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息,在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先,介绍了超声换能器基本理论;然后,论述了高频超声换能器技术发展现状、面临技术难题及解决途径,并结合高频超声换能器研制实例予以说明;最后,对高频超声换能器技术进行了讨论与展望。
    [摘要] (2045) [HTML] (0) [PDF 534.65 K] (6443)
    摘要:
    为了提高在背景噪声干扰下非线性Lamb对于结构微裂纹的检测精度,提出了利用Duffing振子和Lyapunov指数对噪声干扰下的非线性Lamb波特征进行增强与量化分析的方法。首先,采用了庞加莱图确定Duffing系统外策动力参数;其次,将周期延拓滤波后的非线性Lamb波输入调整好的Duffing系统中,对系统输出时间序列进行相空间重构,计算出相应的最大Lyapunov指数。通过多个模型数据的仿真分析结果表明,即使在噪声干扰情况下,Lyapunov指数与裂纹大小也存在着良好的线性关系。该方法对噪声干扰下的微裂纹缺陷识别具有明显的优势,对提高非线性Lamb波的检测灵敏度具有重要意义。
    [摘要] (1823) [HTML] (0) [PDF 3.00 M] (6107)
    摘要:
    现有硬质传感器因黏接耦合到待测结构所带来的检测结果可靠性差、附加质量重及体积大等局限,难以在实际工程结构中全面应用。针对此问题,新型柔性传感技术利用聚合物等柔性材料,结合新型制备工艺,可将整个传感网络直接制备于待测结构,灵活布置于复杂形廓位置,具有检测灵敏度高、重量轻、柔性好和可设计等优点。针对主流的基于超声技术的结构健康监测方法,柔性传感单元可形成大面积、高密度的完备传感网络,并且具备信号调制能力,能够完成多种形式的主被动监测任务,为结构健康监测技术在航空航天、轨道交通和石油管道等工程结构的应用提供关键的技术保障。
    [摘要] (2058) [HTML] (0) [PDF 1.38 M] (5864)
    摘要:
    基于结构疲劳寿命频域分析法中的Bendat法和Dirlik法,通过理论推导分析证明并建立了随机振动疲劳试验中激励谱量级、响应应力水平和疲劳寿命之间的线性关系式。基于有限元仿真的分析结果,提出了一种利用此等效关系进行加速试验激励谱量级确定的方法。算例表明,该加速方法可缩短试验时间,为改进设计和提高质量等工作提供参考依据。
    2014,34(2):205-211, DOI:
    [摘要] (2954) [HTML] (0) [PDF 2.76 M] (5394)
    摘要:
    脑机接口作为一种特殊的人机交互方式,为机电设备的脑意念控制提供了新思路,是智能机器人领域的研究热点。随着生物传感和信号处理等技术的进步及脑 机接口技术的不断突破,脑 机接口技术逐渐地由原有的大脑 计算机接口技术发展为大脑机电设备接口技术,从而形成了一个新的技术理论体系——脑控技术。笔者在论述了国内外脑机接口技术发展现状的基础上,系统地提出了脑控技术的概念及其所涉及的关键技术,讨论了典型的脑控假肢和脑控残疾轮椅的现有研究成果以及脑控技术在外骨骼机器人中的应用前景,并对这项新技术的发展进行了总结和展望。
    2014,34(1):1-7, DOI:
    [摘要] (3259) [HTML] (0) [PDF 5.75 M] (5370)
    摘要:
    通过分析无线传感器网络(wireless sensors network,简称WSN)的优势和潜能,提出将无线传感器网络应用于机械设备状态监测中,以弥补目前有线连接的机械设备状态监测系统的局限性。针对目前机械设备状态监测中所用的无线传感器网络节点硬件性能偏低、采样频率也低、缺乏信号同步采集研究、对大量数据快速可靠传输研究偏少、对于反映机械设备状态最关键的机械振动的监测还难以实现等问题,提出要实现基于无线传感器网络的机械设备状态监测,必须解决高速同步采集、实时可靠传输和能量供应等难题。指出了低成本、低功耗、微型化、网络化、多功能化将是无线传感器网络在机械设备状态监测应用中的发展方向。
    2012,32(5):791-795, DOI:
    [摘要] (2770) [HTML] (0) [PDF 1.16 M] (5342)
    摘要:
    针对热连扎生产线的大型、复杂生产装备,构建了一个基于支持向量回归的无量纲参数智能故障预测系统。通过对已有的热连轧生产线在线监测信息进行无量纲统计分析, 提出了利用支持向量回归技术对多个特征量进行并行预测,并对各类特征及其各预测步骤的剩余使用寿命预测结果进行趋势分析,通过置信区间估计确定最终预测结果,为管理者制定维修决策提供可靠依据。
    [摘要] (1907) [HTML] (0) [PDF 1.95 M] (5133)
    摘要:
    为了提高汽轮机转子故障诊断的准确率和识别效率,提出了一种基于混沌的生物地理学优化算法(biogeography based optimization with chaos, 简称CS-BBO)和支持向量机(support vector machine, 简称SVM)相结合的故障诊断方法。首先,将混沌理论引入到生物地理学优化算法(biogeography based optimization, 简称BBO)中,得到CS-BBO算法;其次,通过CS-BBO算法优化SVM得到诊断模型的最优参数,增强SVM的学习能力和泛化能力;最后,通过ZT-3转子试验台模拟汽轮机转子故障,利用得到的4种状态下的试验数据验证优化模型的有效性。结果表明:CS-BBO算法优化SVM的模型可以准确、高效地对汽轮机转子进行故障诊断;与BBO算法优化SVM模型相比,该方法的故障诊断准确率和识别效率更高。
    2014,34(6):995-1000, DOI:
    [摘要] (2936) [HTML] (0) [PDF 2.74 M] (5027)
    摘要:
    主要讨论了相似理论在结构动力学模型试验中的实际应用问题,目的在于研究如何通过相似理论和缩比模型试验的结果准确预估实际结构的动力学特性。首先,在考虑实际工程试验条件前提下,给定几何参数和物理参数的相似比数,根据相似理论和有限元法推导出非等比缩放的缩比模型和实际模型之间固有振动、频域响应和时域响应之间的相似性关系;然后,通过薄板结构的振动试验来验证这种相似关系的准确性和工程应用价值。通过理论推导和试验证明,根据缩比模型动力学试验结果,运用所推导的动力学相似关系可以准确预估实际结构的动力学特性。
    [摘要] (2136) [HTML] (0) [PDF 1.70 M] (5027)
    摘要:
    准确识别阻尼比一直是桥梁结构模态参数识别的难题。为研究工作模态分析中识别的阻尼比离散性问题,总结了现有的代表性的频域、时域和时频分析的阻尼比识别方法,指出了各种方法导致识别结果不准确的原因。以一个预应力混凝土连续梁桥的工作模态分析为例,分析了阻尼比识别的结果,研究了减小识别的阻尼比离散性的方法。结果表明:相对频率而言,阻尼比识别结果离散程度较高;在混合自由振动响应的情况下,通过增加采样时间,能改善阻尼比识别离散较大的问题,提高识别精度;利用振动水平较低的随机振动响应识别的阻尼比离散性较小。
    2014,34(1):52-56, DOI:
    [摘要] (2835) [HTML] (0) [PDF 913.00 K] (4887)
    摘要:
    为了满足现代工业领域中对轻、薄、小产品平稳输送的要求,提出了一种采用环形压电双晶片作为驱动源的新型振动送料器。设计了振动送料器结构,分析了振动送料器的工作原理,测试了压电双晶片振子的性能,利用有限元软件ANSYS确定了压电双晶片振子的工作模态,研制了送料器样机并进行试验测试。试验结果表明:当振动频率为86.5~91.5Hz时,送料器具备输送物料的能力;当系统共振时,输送速度最快,随着电压的增加,送料速度呈线性关系增加;与同型号的电磁振动送料器相比,研制的环形压电双晶片驱动式振动送料器消耗电流仅为其16%,工作噪声下降22dB,输送稳定性好。
    2012,32(5):714-717, DOI:
    [摘要] (3346) [HTML] (0) [PDF 556.16 K] (4871)
    摘要:
    为了消除旋转机械振动信号中不同类型的噪声,提出了一种基于虚拟信号(virtual signal,简称VS)的多级独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)的消噪方法。通过引入与测量噪声匹配的虚拟噪声通道,将单通道观测信号扩展为多通道观测信号,用独立分量分析方法消除与数据采集系统相关的测量噪声。将振源信号的组合(有用信号)视为一个虚拟源,对消除了测量噪声的两通道观测信号再次用独立分量分析方法实现有用信号和背景噪声的分离,从而达到消除背景噪声的目的。试验表明,该方法可以得到很好的消噪结果,有效提高信号的信噪比。
    2014,34(6):1129-1133, DOI:
    [摘要] (2247) [HTML] (0) [PDF 2.35 M] (4849)
    摘要:
    介绍了某机型振动环境实测概况,结合实测数据导出后验分布类型,以该型飞机实测数据为基础,基于现有国军标和相关标准,提出了以分测试区域不同状态下的振动规范谱编制归纳方法,依据该数据归纳方法编制了该实测飞机的振动环境谱。将处理结果用于实际工程试验,表明该方法正确合理。
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