盘式制动器在不同制动模式下的热-机耦合行为研究

对盘式制动器在拖曳制动、紧急制动和缓慢制动这3种不同制动模式下的热-机耦合行为进行分析。结果表明,在拖曳制动模式下,制动盘两侧摩擦片的变形形式各不相同,因此制动盘两侧摩擦片的温度分布不一致。此外,钳指侧和活塞侧摩擦片的振动信号和接触力信号差异明显,钳指侧对摩擦副的摩擦振动逐渐加剧,并产生新的振动频率;活塞侧对摩擦副的振动趋于稳定,原有的振动频率逐渐消失;在紧急制动模式下,制动盘两侧摩擦片的温度分布特征类似,均是从进摩擦区向出摩擦区扩散,但是由于作用时间较短,温度上升不明显。但两侧摩擦片的振动信号有所区别,尤其是活塞侧摩擦片出现持续自激振动,并且产生新的振动频率。在缓慢制动模式下,虽然制动盘两侧的摩擦片外径均为表面高温区,但在制动后期,活塞侧摩擦片表面高温排布呈现出“点状分布式”特点。钳指侧摩擦片和活塞侧摩擦片的振动信号存在差异,钳指侧摩擦片振动持续时间较长,但其振动强度较活塞侧则更加微弱。界面力学信号分析结果很好地验证了该结论。

基于遗传算法的炮击振动环境谱编制方法

为了提高炮击振动环境谱编制精度,提出了基于遗传算法(genetic algorithm,简称GA)的炮击振动环境谱特征点确定方法。首先,介绍了现有标准的预估炮击振动谱的编制方法;其次,以炮舱结构模拟件为对象,开展了炮击振动试验并获取了实测谱,基于飞机飞行振动环境测量数据的归纳方法对实测谱进行了归纳处理;然后,以特征点构成的环境谱与实测数据归纳谱的能量最接近为目标建立目标函数,采用遗传算法对目标函数进行优化以确定炮击振动谱特征点坐标,在对数坐标下通过折线将特征点连接以实现炮击振动环境谱的编制;最后,将基于遗传算法得到的环境谱与基于标准得到的预估谱进行对比,分析验证了所提方法的有效性。结果表明,所采用的方法获得的炮击振动环境谱在均方根值(rootmean square,简称RMS)和谱形特征上都更接近实测数据归纳谱。

履带车辆主动悬挂多点布置优化

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。

基础激励下裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

为了发展基于模型的裂纹梁结构疲劳寿命预测方法,提出了一种新的三维裂纹梁单元刚度矩阵。基于该刚度矩阵,建立基础激励下裂纹梁结构的三维有限元模型。推导三维裂纹梁单元的应力强度因子,建立三维裂纹梁单元的疲劳裂纹扩展模型。采用振动响应与裂纹扩展增量交互计算方法,计算循环载荷作用下裂纹梁结构的疲劳寿命。研究结果表明:裂纹梁结构寿命预测模型较好地体现了疲劳裂纹扩展寿命与基础激励参数、结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了基础激励对裂纹梁结构疲劳寿命的影响。最后通过实验对模型进行了验证。

高温磁悬浮轴承-转子系统建模与动力学分析

在多电航空发动机中,主动磁悬浮轴承因其耐高温、非接触等特性可以突破温度对支承部位的限制,使支承部位能够更靠近燃烧室.为探究温度对磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响规律,提出一种高温磁悬浮轴承转子系统动力学建模方法.通过仿真得到转子在不同温度下的温度分布,并使用多项式拟合转子轴向温度分布;基于有限元方法推导柔性转子单元的动力学模型,引入温度影响,建立考虑温度影响的磁悬浮轴承转子系统整体动力学模型,并通过模态试验验证模型的准确性;基于理论动力学模型分析系统的动态特性.结果表明:温度升高会导致转子的前三阶支承模态频率下降,增大各阶幅频响应幅值;当温度从常温升至450℃时,转子的前三阶弯曲支承模态频率分别降低了3.818%、5.670%、3.183%,前三阶弯曲模态幅频响应幅值分别升高了83.4%、34.4%、24.1%.

车辆主动悬架自适应变论域T-S模糊控制研究

针对传统变论域模糊控制存在过度依赖专家经验、伸缩因子参数不能自适应调整的问题,提出一种车辆主动悬架自适应变论域T-S模糊控制策略,从而提高车辆的行驶平顺性。结合神经网络和T-S模糊推理建立基于自适应神经模糊推理的一阶T-S模糊控制器,利用神经网络的自学习特性产生完善的模糊规则,进而在传统函数型伸缩因子的基础上,将系统误差和误差变化率作为动态参数引入伸缩因子中,实现伸缩因子参数的自适应调整,解决了传统函数型伸缩因子因参数确定难度大导致控制效果差的问题。通过随机工况下的仿真分析和基于相似理论的缩尺实验,对所提出算法的有效性和工况自适应性进行了验证。结果表明,所提出的自适应变论域T-S模糊控制策略具有较强的工况适应性,在不同车速、路面激励下均可有效提高车辆的平顺性并保证轮胎接地安全性。

基于孪生神经网络的楔形环连接结构预紧状态辨识

楔形环连接结构由于其连接简单可靠、同时兼具节省空间及减重的优势,常被应用于鱼雷、航天飞行器等武器装备。针对楔形环连接结构预紧状态辨识方面存在的机理模型复杂、样本量小且类别不平衡的问题,提出了一种基于孪生神经网络模型的预紧状态辨识方法。为提高模型训练效率和效果,首先利用时频处理技术进行孪生神经网络模型特征增强,基于增强特征建立了3层孪生神经网络分类模型,实现楔形环预紧状态宏观分类。同时,为指导楔形环精密装配,通过特征可视化技术,深入分析了孪生神经网络训练过程特征聚类效果,并基于二维特征建立了预紧状态定量表征模型,引入目标状态聚类中心与接受域参量,用于实现楔形环连接结构预紧状态定量评估。通过试验验证了所提方法的有效性,该方法可为楔形环连接结构定量辨识提供新的技术途径和思路,具有一定工程应用价值。

CT机双列角接触球转盘轴承建模与振动特性分析

为了提高CT机主轴承的运转特性,确保CT机医学成像的稳定性,以洛阳LYC轴承有限公司研制的双列角接触球转盘轴承为研究对象进行建模与振动特性分析。首先,基于Hertz接触理论建立轴承在承受复合载荷作用下的力学模型;其次,结合Newton运动定律确立轴承外圈3自由度非线性动力学微分方程;最后,采用4阶Runge-Kutta法对微分方程组进行求解,获得轴承外圈的振动特性。在此基础上,通过分析影响轴承振动特性的因素如轴承内、外圈沟曲率半径系数、滚动体数量、游隙、预紧力等,从而确定满足CT机主轴承低振动下的最优结构参数。结果表明:轴承振动幅值随着内、外圈沟曲率半径系数的增加呈现出先减小后增大的趋势,将其分别控制在0.515~0.525、0.510~0.525更有利于降低轴承的振动;随着滚动体数量的增加,轴承的振动幅值也随之增加,但变化平稳,故在满足设计条件的前提下减少滚动体的数量可以降低轴承振动;随着轴承游隙的增加,轴承的振动幅值先减小后急剧增大,在18μm处振动达到最小;合适的轴向载荷可以有效降低轴承的振动幅值。

基于主动激励的掘进机回转台振动抑制研究

悬臂式掘进机截割过程由于煤岩形状、硬度分布的随机性,当截割到硬岩时截割头会产生无规则的剧烈振动,瞬时高强度的冲击对掘进机关键受力部件回转台影响最大,其动态可靠性和寿命影响着截割效率和截割稳定性,为减弱截割过程回转台的振动,首先,基于截割现场回转台易失效损坏现象,建立截割过程回转台力学模型,推导回转台力学方程,研究回转台受力随截割参数变化规律;通过搭建截割试验台,测试截割过程回转台振动响应,结合有限元进行回转台振动模态分析,求解回转台前6阶固有频率及振型,分析回转台剧烈振动的原因。其次,基于工况路径分析理论,建立截割过程回转台工况传递路径分析模型,模拟回转台合成振动,分析各激励点对回转台振动贡献量及贡献程度,准确找到回转台主要激振源。最后,通过施加外部主动激励的方式,分析不同激励频率加载下回转台振动情况,探寻能够降低截割过程回转台振动的激励频段。试验结果表明:外部激振频率处于20~60 Hz,回转台振动幅值降低明显,此频段激励频率对回转台振动控制效果良好,有益于提高回转台寿命,且激振频率为40 Hz时回转台振动最小,回转台振动抑制效果最佳。研究结果有益于丰富回转台振动相关研究理论,实现在不改变机械结构基础上,降低回转台受力与结构变形,可为掘进机回转台的振动问题提供理论参考。

球型钢丝绳隔振器非对称迟滞模型

针对球型钢丝绳隔振器的非线性刚度和阻尼特性导致迟滞模型表征困难的问题,提出了非线性弹性因子和修正因子改进的归一化Bouc-Wen迟滞模型,结合Simulink仿真完善改进的迟滞模型,采用最小二乘法和遗传算法相结合的方法对改进模型进行参数识别。通过数值仿真绘制GGQ25-62L型球型钢丝绳隔振器在不同工况的迟滞环,并和实验数据进行对比。结果表明,参数识别方法准确可靠,实验数据和理论计算曲线具有较强的一致性,该模型能够有效地描述隔振器的动态特性。

基于IAAKF算法的结构激励识别与响应重构

针对传统卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)算法实际应用于响应重构时,需要已知结构外部激励并预设先验恒定噪声方差的问题,提出了一种基于IAAKF(innovation-based adaptive augmented Kalman filter)算法的结构激励识别与响应重构方法。首先,基于增广状态空间模型将外部激励向量与状态向量联合构成增广状态向量,并根据增广新息统计特性实时自适应地调整卡尔曼滤波增益和状态估计误差协方差矩阵;其次,仅借助加速度传感器根据模态法来识别锤击激励,并且重构出加速度、速度、位移以及应变响应等数据;最后,对起重机桁架和简支梁分别进行数值模拟和试验分析。结果表明,所提方法能够有效地自适应调整噪声方差和识别结构外部激励,从而实现结构响应重构。

基于压缩感知的缺失机械振动信号重构新方法

针对工业机械设备实时监测中不可控因素导致的振动信号数据缺失问题,提出一种基于自适应二次临近项交替方向乘子算法(adaptive quadratic proximity-alternating direction method of multipliers, AQ-ADMM)的压缩感知缺失信号重构方法。AQ-ADMM算法在经典交替方向乘子算法算法迭代过程中添加二次临近项,且能够自适应选取惩罚参数。首先在数据中心建立信号参考数据库用于构造初始字典,然后将K-奇异值分解(K-singular value decomposition, K-SVD)字典学习算法和AQ-ADMM算法结合重构缺失信号。对仿真信号和两种真实轴承信号数据集添加高斯白噪声后作为样本,试验结果表明当信号压缩率在50%~70%时,所提方法性能指标明显优于其它传统方法,在重构信号的同时实现了对含缺失数据机械振动信号的快速精确修复。

轴承转子系统快变过程振动响应的高精度频谱分析

针对高速轴承转子系统的启停过程,研究平稳和非平稳信号的高精度频谱分析方法,利用比例校正法对平稳信号频谱分析后的频率、幅值、相位进行了校正,建立一种将t时空域非平稳信号转变为t~2时空域平稳信号的方法,并基于平稳信号的比例校正法对其进行频谱分析,最后返回到t时空域获得某时刻的频域参数。仿真分析结果表明:该方法可以准确提取平稳信号的谱特征,也能较精确地提取非平稳信号特定时刻的频率、幅值和相位,提取结果精度较好,有效解决轴承转子系统快变过程的谱分析特征提取问题,为动力学特性分析提供了新思路。

含润滑移动载荷系统的三维动力学分析

含润滑的移动载荷系统在实际工程中十分常见,而这种系统的动力学特性研究却鲜有报道。因此,提出一种三维润滑振动耦合动力学模型,用于分析含润滑移动载荷系统在激励下的结构振动响应。三维润滑振动耦合模型分别由润滑模型和多柔体动力学模型组成,通过将两模型计算结果相互传递来实现耦合,并通过迭代算法求解。此外,设计并制造相应实验装置。通过将根据模型计算和实验测量得到的结构在激励下的振动响应进行对比,以验证模型的准确性。对比结果显示:采用该模型能够准确预测结构的阻尼振动周期与振幅衰减时间,振动幅值相差不超过2.22 dB,可以满足工程精度要求。最后,利用三维润滑振动耦合模型分析移动载荷速度对结构振动的影响,结果表明:随着载荷移动速度增加,结构阻尼振动最大加速度幅值基本不变,但阻尼振动衰减时间大幅减小。

超前支护立柱动力稳定性与可靠性研究

针对超前支护立柱顶端受轴向载荷作用,建立立柱阶梯柱形结构的动力偏微分方程,经过转化为二阶常微分Mathieu型参数方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算。建立立柱结构的安全余量方程,并成功求解动力不稳定区域边界。分别分析活柱与缸筒不同长度比、立柱不同弹性模量以及活柱与缸筒不同直径比等因素对立柱动力稳定性的影响。结果表明:随着活柱与缸筒长度比的增大,立柱稳定性降低;随着立柱弹性模量和活柱与缸筒直径比的增大,立柱稳定性提高。在此基础上,进行立柱结构的非概率可靠性分析,得到立柱结构的非概率可靠度,即立柱结构的非概率可靠度与活柱和缸筒长度比增减性相反,与立柱弹性模量、活柱与缸筒直径比增减性相同。

含有柔性负载的电驱动系统建模与控制策略

为了抑制伺服电机启动和运行过程中产生的转速波动和振动,提出了一种基于极点配置的PI控制策略.首先,根据基尔霍夫电压定律和拉格朗日原理建立了伺服电机与柔性负载的整体动力学模型,并通过拉普拉斯变换计算系统的传递函数.其次,通过设计控制器的参数,分析了采用相同幅值的极点配置方法对控制效果的影响.最后,通过与传统的Z-N方法和无控制方法进行对比,验证了该极点配置方法的优势.通过数值仿真和实验研究,实现了对伺服电机启动和运行过程中产生的角度误差的控制,有效抑制了电机转速的波动,保证了系统的稳定性.

模糊整定PI参数的双柔性机械臂振动抑制

机械臂伺服驱动系统中柔性因素的存在易导致机械臂输出转速波动,甚至引发系统谐振.为抑制系统转速波动,使机械臂传动系统性能稳定,使用模糊理论整定PI控制器参数的控制策略.根据假设模态法和拉格朗日动力学方程建立了考虑LuGre摩擦模型的双柔性机械臂传动系统动力学方程,并分析了动力学方程中耦合非线性项对系统传动特性的影响.使用极点配置策略确定PI控制器参数的取值范围,后根据模糊规则实时调整控制器参数,以减小伺服系统输出转速的波动,进而抑制系统谐振.最后,借助数值仿真分析和机械臂控制实验,与传统PI控制策略对比,发现本文所述控制策略可使电机端转角跟踪误差绝对值的平均值降低43.066%,柔性负载转角误差的标准差降低46.506%,更加验证了所提模糊规则整定PI控制器参数抑振方法的有效性.

基于混合正则化方法的结构载荷识别与响应重构

针对结构载荷识别与响应重构问题中存在的不适定性,提出一种最小平方残差(least square minimal residual,LSMR)算法与Tikhonov正则化方法相结合的混合正则化方法,实现利用结构有限测点的加速度响应识别载荷并重构未知的各类型响应。首先,基于时域状态空间模型构建结构的传递矩阵,并建立载荷识别与响应重构方程;其次,采用混合正则化方法改善载荷识别问题的不适定性,得到载荷的正则化解,并结合响应重构方程的传递矩阵对结构的位移、速度和加速度响应进行重构;最后,通过简支梁数值仿真和试验分析验证所提方法的可行性。结果表明,所提方法能改善重构方程的不适定性,从而对结构未知载荷和各类型响应进行有效重构。

基于SDP和MCNN-LSTM的齿轮箱故障诊断方法

齿轮箱在长期使用过程中,不可避免地会产生齿轮故障和轴承故障,严重影响传动精度和设备运行安全。基于此,针对齿轮箱常见故障类型,研究多通道对称点图案(symmetrized dot pattern, SDP)数据处理方法,并利用最小能量误差法实现SDP关键参数的选取。结合多尺度卷积神经网络(multi-scale convolutional neural network, MCNN)的空间处理优势、长短时记忆网络(long short term memory, LSTM)的时间处理优势及其良好的抗噪性和鲁棒性,提出了一种基于SDP和MCNN-LSTM的齿轮箱故障诊断模型。同时利用东南大学齿轮箱数据集,验证了基于SDP和MCNN-LSTM的齿轮箱故障诊断方法对齿轮和轴承常见故障类型特征提取的有效性,并与现有其他故障诊断方法进行对比,结果表明了所提方法具有更高的精度。

基于局域共振型声子晶体塔筒结构海上风机减振特性研究

针对海上风机的振动控制问题,提出一种局域共振型声子晶体塔筒结构,基于周期结构的Bloch定理,采用有限元法计算该结构的能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体塔筒结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行分析。基于局域共振带隙的形成,研究声子晶体塔筒结构的振动控制问题,可将其应用于不同海洋环境中海上风机特定频率的减振。得出声子晶体塔筒结构在xy平面内与z方向上受激励时的振动传输曲线,选取两者在特定频率下的结构位移图分别进行分析,计算出非理想化声子晶体塔筒结构在xy平面内与z方向上受激励时的振动传输曲线并加以对比。研究各参数对声子晶体塔筒结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理调整设计参数,可以实现结构特定范围内的低频隔振,证明其在复杂海洋环境中海上风机减振方面具有很好的应用前景。