基于改进主元分析DDPCA的滚动轴承过渡模态早期故障检测方法

目的 提出一种深度差分主元分析方法用于滚动轴承早期故障检测,解决滚动轴承在运行过程中长期处于变转速等多模态工况,故障特征难以提取和划分的问题。方法 结合差分算法和深度分解原理的分段PCA故障检测方法,使用差分方法对原始数据进行处理,通过K-means聚类方法将具有相似变量特征的过渡模态数据划分成为相同过渡子模态;结合深度分解理论对每个过渡子模态建立故障检测模型,并通过机械故障综合模拟实验台收集的数据验证模型准确性。结果 随着分解阶数的增加,对过渡模态早期故障检测效果逐渐提升,对滚动轴承过渡子模态的划分越来越清晰,误报的情况也随着分解阶数的增加而逐渐减少;滚动轴承持续减速状态下外圈故障一阶分解检测的漏检率为17.2%,二阶分解检测的漏检率为8.6%,三阶分解检测的漏检率为6.6%。结论 笔者所提方法对过渡子模态进行多层分解,可以准确提取过渡子模态中的故障特征并建立分段检测模型,提高了过渡模态的滚动轴承早期故障检测的准确性。

空间太阳望远镜主桁架的模态分析与试验

根据1m光学主镜支撑系统的特殊要求,提出了空间主桁架结构的模态分析与试验方案。运用MSC.NASTRAN软件计算求得前几阶固有频率和振型, 分析出结构存在局部模态。用自由悬挂、单点激振多点拾振法进行模态试验,CADA-X软件辨识模态参数, 结果验证了结构隐含的薄弱环节。计算与试验得到的模态参数相对误差在7.9%内,说明模态分析与试验的方案可行。分析了试验误差和结构产生缺陷的原因,为整星改进设计与光学装校提供可靠依据。

飞艇主气囊结构湿模态分析与试验研究

为研究飞艇主气囊结构模态特性,将飞艇内、外气体假设为势流体,基于流固耦合理论和势流理论,建立薄膜与内外空气流场共同作用的理论模型。建立充气膜结构数值分析方法,在内、外流场的单面耦合和内、外流场的双面耦合三种情况下,对薄膜充气管和模型飞艇进行湿模态分析,对比分析单面和双面气固耦合的分析结果,并通过模态试验对分析方法进行验证,结果表明采用双面耦合分析方法分析充气膜结构湿模态最合理;采用此方法对艇长5 m、25 m、50m和100 m以及长细比为1∶3、1∶3.5和1∶4的双轴椭球外形飞艇主气囊在多种内压条件下进行湿模态分析,表明固有频率与艇长成反比,而长细比与内压对固有频率影响小。分析结果可以为飞艇的结构设计以及复杂充气膜结构模态分析提供参考。

基于主成分分析的经验模态分解消噪方法

针对非线性非平稳信号的去噪问题,提出一种基于主成分分析(PCA)的经验模态分解(EMD)消噪方法.该方法根据EMD的分解特性,利用PCA对噪声信号经EMD分解后的内蕴模态函数(IMF)进行去噪处理:首先利用"3σ法则"对第一层IMF进行细节信息提取,并估计每层IMF中所含噪声的能量;然后对IMF进行PCA变换,根据IMF中所含噪声的能量选择合适数目的主成分分量进行重构,以去除IMF中的噪声.为验证本文方法的有效性,进行了数字仿真与实例应用实验.实验结果均表明,所提方法的消噪效果整体上优于Bayesian小波阈值消噪方法和基于模态单元的EMD阈值消噪方法,是一种有效的信号消噪新方法.

VMC-1000主轴箱模态分析及改进设计

机床主轴箱的固有动态特性直接影响到机床的加工精度,以VMC-1000立式加工中心主轴箱为研究对象,应用有限元软件对其进行模态分析,提出了该主轴箱的薄弱环节。针对薄弱环节对箱体进行改进设计,通过比较分析,验证了改进的有效性。同时对两种结构刚度分析,得出主轴箱的最大变形量和最大应力,证实了改进的箱体结构具有较高的刚度。

温度影响下基于主成分分析和模态柔度的结构异常检测

在基于振动的结构损伤识别中,很多结构动力学的参数可用作损伤特征参数,如共振频率、振型、模态柔度等。结构损伤会引起损伤特征参数发生改变,但环境因素和运营条件的影响也会使这些特征参数发生变化,而且这种变化往往会掩盖结构自身损伤所引起的特征参数变化。如何剔除或减少诸多环境因素的影响,得到结构本身的真实状况(有损或无损),成为了桥梁损伤检测和健康监测中的一个关键问题。选用对结构损伤较为敏感的模态柔度作为损伤特征参数,通过数值模拟算例对比分析了结构局部损伤和温度变化对模态柔度的影响;对结构在不同状态下的模态柔度进行主成分分析,用残差建立其统计分布模式,用统计模式识别的方法识别模式差异,实现考虑环境因素影响的结构异常检测。结果表明,若不考虑温度对模态柔度的影响,易对桥梁结构的健康状况产生误判;运用基于主成分分析的结构异常检测方法可有效剔除温度对模态柔度的影响,实现结构异常的检测。

秦岭及周边地区夏季降水的主模态分析

基于秦岭及周边地区394站气象观测资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析ERA-Interim数据,利用小波和回归等分析方法,讨论了秦岭及周边地区夏季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常。结果表明:1)在年际变化的时间尺度上,秦岭及周边地区夏季降水主要表现为秦岭南北降水的气候差异性变化(EOF1)、黄土高原第二地形抬升带与其两侧降水的反位相振荡(EOF2)、秦岭西南部降水正异常和其东北部降水负异常变化(EOF3)和关中平原的地形降水贡献(EOF4)4个模态,其解释方差总贡献为73%,并且具有显著的2~4 a周期,其中EOF3和EOF4还具有4~8 a左右的年际变化周期。2)回归分析表明,EOF1正位相环流特征表现为200 hPa急流偏弱,中纬度槽填塞,西太平洋副热带高压强度偏弱,有来源于东海的水汽输送,使得秦岭北部降水偏多;EOF2和EOF3分别具有显著的蒙古低压和东北冷涡环流特征;EOF4的500 hPa环流异常不显著。3)根据新定义的秦岭季风指数回归分析表明,回归场的季风指数和降水模态的时间系数显著相关,秦岭北部降水偏多(少),南部降水偏少(多),反映了强(弱)季风年的年际转换。反之则具有多态性,不同年份强(弱)秦岭回归季风指数的环流形势存在较大的差异,可能触发多种降水模态和位相振荡。

利用主成分分析的模态参数识别

针对运行模态分析和独立成分分析技术不完善、可能会识别出虚假模态等缺点,提出一种新的利用主成分分析进行模态参数识别的方法。基本思想是找出模态振型与线性混叠矩阵之间及各阶模态响应与主成分之间的对应关系,并将模态参数识别问题转化为结构响应数据的主成分分解问题。不同状态下梁的仿真结果表明,仅以系统结构的时域响应数据为对象,利用含观测噪声基于主元抽取的主成分分析算法,就可以识别响应中占主要贡献的各阶模态振型和固有频率,且适用于不同边界条件、载荷类型及加载位置,对高斯测量噪声也不敏感,可应用于独立模态控制方法中被控系统的辨识与建模、最优控制点选择、作动器安装位置和控制频率确定以及减振效果预估。

基于模态和灵敏度的主轴箱有限元分析与优化设计

以CJK6132数控车床主轴箱箱体作为主要研究对象,利用ANSYS Workbench对主轴箱箱体进行三维实体建模,对主轴箱进行动静态分析。根据有限元分析结果,以主轴箱箱体壁厚作为设计变量,箱体质量、应力、应变、第一阶固有频率作为输出参数,利用设计变量与输出参数之间的灵敏度大小简化需优化的模型,在保证主轴箱动静态特性的基础上以主轴箱质量最小为优化目标,运用多目标多尺寸的优化分析,对主轴箱箱体进行有限元分析及优化设计。根据主轴箱优化结果,综合考虑主轴箱的实际工作情况,修改主轴箱箱体的结构,得到优化后的主轴箱模型结构。结果表明,优化后箱体的结构刚度、强度变化不大,固有频率有所降低,重量减轻了12.54%。

利用经验模态分解和主成分分析的SAR图像相干斑抑制

对SAR图像应用对数加性噪声模型,将经验模态分解与主成分分析相结合,提出一种基于PCA的EMD相干斑抑制算法。根据对数SAR图像中相干斑噪声的统计特性和高斯白噪声经EMD分解后的能量分布模型,近似估算SAR图像经EMD分解后各层内蕴模态函数中所含噪声的能量;将内蕴模态函数利用PCA进行分解,根据PCA对含噪信号的分解特性和内蕴模态函数中噪声能量所占的比例,选择合适的成分分量重构内蕴模态函数,以进一步去除噪声保留有用的细节信息。仿真试验结果表明,该方法在有效抑制相干斑噪声的同时,可以较好地保持边缘纹理细节的清晰。

频域主分量模态分析法及在颤振试飞中的应用

为提高对颤振边界预测至关重要的模态阻尼的识别精度,基于频域多参考点法,采用主分量分析、奇异值分解和最小二乘技术,考虑频率响应函数负共轭部分和带外模态的影响,提出频域主分量分析模态参数识别方法,具有处理速度快、所需用户交互少的特点。通过飞机模型仿真算例验证在模态高度耦合情况下该方法的有效性,并在实际飞行颤振试验中进行应用。

车床主轴箱模态分析

床主轴箱的动态特性直接影响到车床的精度进而影响零部件精度。利用COSMOSWorks对普通车床主轴箱模态有限元分析,获得了车床主轴箱的固有频率和振型并针对其薄弱环节提出了改进方案。

基于ANSYS的主轴箱体模态分析及拓扑优化

用SolidWorks软件建立主轴箱体的三维模型,利用有限元分析软件ANSYS对其进行模态分析,得出主轴箱体的前六阶固有频率及振型,通过分析找出其动态特性的薄弱环节,以此为基础再对主轴箱进行以一阶固有频率最大化为目标的拓扑优化,得到改进方案。通过ANSYS分析验证,改进后的主轴箱体动态特性得到了显著提高。

主自由度对子结构静力凝聚模态分析的误差影响研究

阐述了子结构静力凝聚的基本原理,从理论上分析了静力凝聚模态分析中误差产生的原因,并利用非线性矩阵摄动理论推导了模态频率误差公式。利用平板结构进行了多种主自由度选择方案的仿真对比分析,研究了主自由度数量和分布对计算误差的影响规律。研究结果表明,主自由度定义方式是子结构静力凝聚模态分析中计算误差的最大影响因素,主要包括主自由度分布和数量两个方面,其中对主自由度分布更敏感,这和理论分析的结论一致。

基于经验模态分解去噪改进主成分分析的冷水机组传感器故障检测

提出了一种基于经验模态分解(EMD)阈值去噪(TD)和主成分分析(PCA)相结合的冷水机组传感器故障检测方法(EMD-TD-PCA)。采用EMD阈值去噪法去除原始数据中的噪声来提高数据质量,针对去噪后的数据构建PCA模型。采集了武汉市某电子厂螺杆式冷水机组的实际运行数据,用于验证故障检测效果,并与传统PCA方法和小波阈值去噪(Wavelet-TD-PCA)方法的传感器故障检测结果进行了对比。结果表明:EMD-TD-PCA可以有效提高冷水机组传感器的故障检测效率,同等偏差条件下,故障检测效果优于传统PCA方法和Wavelet-TD-PCA方法。对于小偏差(-1~1℃)故障,故障检测效果提升尤为明显。

集合经验模态分解-主成分分析分解消噪下的支持向量机组合模型预测

针对工业现场间歇性非平稳时间序列中的特征提取与状态预测问题,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)、主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)的预测新方法。首先,利用EEMD算法对间歇性非平稳时间序列进行多时间尺度分析,得到一组不同尺度的本征模函数(IMF)分量;然后,基于"3σ"原则估计噪声能量,自适应确定累计贡献率,利用PCA算法去除IMF中存在的噪声,降低特征维数和冗余度;最后,在确定SVM关键参数的基础上,以主分量作为输入变量预测未来。实例测试效果显示:平均绝对误差(MAE)、均方误差(MSE)、平均绝对误差百分比(MAPE)和均方误差百分比(MSPE)分别为514.774,78.216,12.03%和1.862%。实验结果表明:风能场输出功率时间序列经过EEMD算法和PCA算法的进一步消去噪声处理,在抑制混频现象发生的同时降低了非平稳性,使得最后进行SVM预测的精度较未经PCA处理更高。

基于ANSYS的数控镗铣床主轴箱模态分析及拓扑优化

以SZJY-6型立式数控镗铣床的主轴箱为研究对象,通过CATIA三维建模软件建立其三维模型。结合实际工况,利用ANSYS软件对其进行静力学分析,计算出总位移和等效应力的分布情况。对主轴箱进行模态分析,得出前六阶固有频率和振型图。通过拓扑优化对主轴箱进行轻量化设计,结果表明,优化后的刚度、强度和抗振性能可满足技术要求,验证了主轴箱拓扑优化后结构的合理性。

基于某重型机床主轴箱的静态及模态分析

以某重型机床主轴箱为研究对象,通过三维制图软件Pro/E建立三维实体模型,把模型导入ANSYS中,对主轴箱进行静态及模态分析,获得机床主轴箱的应力分布情况、固有频率和振型。通过ANSYS分析得到的结果为以后对重型机床主轴箱的优化设计提供了理论依据,缩短了设计周期。

CA6140机床主轴箱模态和随机振动分析

应用UG软件进行主轴箱建模,以CA6140机床主轴箱为分析对象,应用有限元分析软件ANSYS Workbench建立主轴箱模型,并对其进行模态分析和随机振动分析。通过对有限元计算结果的分析,得到机床主轴箱前六阶固有额率,得到机床主轴箱的应力和位移随机振动分析结果。这些分析结果为机床设计提供了依据,对提高机床主轴箱的设计质量具有重要意义。实践表明,对主轴箱进行有限元分析,能够有效地提高主轴箱设计效率。

压水堆主泵及液态金属泵转子动力学研究进展

核主泵是核电站的关键设备之一,也是反应堆冷却系统的唯一旋转机械设备,其稳定运转对整个反应堆的正常工作至关重要,因此,针对核反应堆主泵开展转子动力学研究,探究主泵转子部件的模态振型、固有频率和支撑系统的刚度阻尼、液膜厚度十分必要。以国内外有关压水堆主泵及液态金属泵的转子动力学研究为重点,围绕压水堆主泵、钠冷快堆主泵、熔盐堆主泵、铅冷快堆主泵4种核主泵类型,从核主泵及其转子部件的结构特点出发,对现阶段主泵导轴承润滑性能和主泵转子结构固有频率、模态分析、临界转速等转子动力学特性的研究进展进行综述和展望,以期对有关核主泵转子动力学特性的计算分析起到一定的借鉴和指导作用。