融合多工况功率谱密度函数的工作模态分析方法

频域分解(frequency domain decomposition,FDD)方法是开展环境激励下结构工作模态分析(operational modal analysis,OMA)的常用方法。但是,现有的FDD方法存在一些不足:①无法剔除非白激励及谐波激励引起的虚假模态;②无法区分结构密集模态与不相关非白激励产生的虚假模态。通过研究发现功率谱密度(power spectral density,PSD)矩阵的秩是FDD方法性能的决定性因素。在此基础上,提出一种新的工作模态识别OMA方法,该方法结合了不同激励工况下的响应PSD函数矩阵,并分别对单个激励工况下的响应PSD矩阵与多工况下的增广响应PSD矩阵进行奇异值分解,通过对比单工况PSD矩阵与增广PSD矩阵在奇异值峰值处秩的变化,识别出包括密集模态在内的结构模态参数,并消除由非白激励产生的虚假模态。采用桁架结构仿真算例和广州塔的工程数据集验证所提方法的有效性。

平稳随机激励下非黏滞阻尼系统功率谱密度函数的灵敏度分析

功率谱密度(power spectral density,PSD)函数的灵敏度分析是实现结构系统在随机激励下梯度优化算法的基础。区别于黏性阻尼模型假设阻尼力正比于瞬时速度,非黏滞阻尼模型的阻尼力与质点的时间历程相关,因而能够更准确地描述黏弹性材料的耗能特性。针对卷积型非黏滞阻尼系统PSD函数的灵敏度求解问题,利用虚拟激励法(pseudo-excitation method,PEM)将平稳随机激励下非黏滞阻尼系统的随机响应问题等效转化为确定性的简谐响应问题;利用直接微分法推导出PSD函数的灵敏度表达式;分别引入基于复模态的一阶、二阶近似法和基于实模态的迭代法构建PSD函数的灵敏度算法;通过数值算例比较三种方法的计算精度和效率。结果表明,迭代法更适合大规模非黏滞阻尼系统PSD函数的灵敏度求解。

用功率谱密度坍陷评价光学元件波前中频误差特性

扼要介绍了光学元件波前二维功率谱密度的计算方法,并引入功率谱密度坍陷的概念描述光学元件波前频谱特性。功率谱密度坍陷是对二维功率谱密度在不同角度上进行Radon变换得到的投影,它既利用了光学元件波前的所有有效数据,又沿袭了一维功率谱密度简明直观的特点。虽然功率谱密度坍陷在结果的表现形式和量纲方面与一维功率谱密度相同,但功率谱密度坍陷在评价光学元件波前频谱特性方面比用一维功率谱密度和二维功率谱密度更具优越性。

计及非稳态效应的地脉动功率谱密度包络修正及应用

地脉动载荷是影响大型精密装置稳定性的重要因素,地脉动载荷功率谱密度(PSD)包络的计算是制定结构稳定性设计载荷的前提。根据地脉动载荷的数值特征,提出了一种考虑地脉动信号非平稳性的功率谱密度包络的修正方法,经过修正后的地脉动功率谱密度包络避免了传统平稳或局部平稳假设下高振幅信号被平均化的问题,所得功率谱密度包络能够充分反映地脉动载荷的最危险剖面,且与时间长度的选取无关。根据所提方法,计算得到了绵阳花荄监测站2015年—2016年的地脉动功率谱密度包络,为大型光机结构的地脉动载荷确定奠定了基础。

基于PSD特征的FBCCA脑电信号识别方法

当前基于稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potential,SSVEP)的脑机接口(brain-computer interfaces,BCIs)使用的都是单一识别算法,针对不同时间长度的识别准确率较低。提出了一种基于滤波器组的典型相关分析(filter bank canonical correlation analysis,FBCCA)与功率谱密度(power spectral density,PSD)分析相结合的SSVEP识别算法,可以提高SSVEP识别的普适性与准确率。该方法使用FBCCA寻找高相似度的参考频率信号,再通过多组PSD分析来锁定最终的响应频率,完成频率识别。该方法无需经过训练就能得到较高的识别准确率。实验结果表明:在刺激时长为1 s时,该方法能达到86.61%的准确率,比PSD分析方法提升了5.44%,比典型相关性分析方法(canonical correlation analysis,CCA)提升了10.38%的准确率,比FBCCA提升了8.86%的准确率。

数字超宽带信号的功率谱密度

该文根据各种超宽带(UWB)信号的调制特点,给出了统一的随机脉冲信号模型,并应用随机理论计算得出相应的功率谱密度(PSD)函数表达式,此PSD表达式应用范围广,适用于各种调制方式、多址方式、进制下的UWB信号。该文举例分析比较了几种典型调制下带有均匀分布的随机时间抖动(timingjitter)及理想情况下的信号PSD,结果表明,时抖动的存在平滑了信号功率谱,降低了对其他窄带通信系统的干扰。而且,文中给出的PSD函数表达式可以用来估计信号各参量的变化对PSD函数的影响,而不需要考虑脉冲序列的详细设计过程。

脉冲导函数对UWB信号功率谱的影响分析

根据美国联邦电信委员会(FCC)对超宽带(UWB)信号功率谱分布的规定,论述了作为UWB通信信息载体的脉冲波形对UWB信号功率谱分布的重要性,推导出在脉冲位置调制(PPM)方式下,高斯脉冲及其导函数与UWB信号功率谱中心频率之间的关系.

内蒙古地区强震动台站背景噪声与数据质量分析

计算了内蒙古地区193个强震动台站2022年连续观测数据的加速度功率谱密度,通过绘制不同时空、不同加速度计、不同频段的功率谱密度和功率谱概率密度函数图及背景噪声速度均方根值分布图,评估了该区强震动台站的背景噪声变化特征,对出现的功率谱密度异常进行了具体分析,并针对强震动台站数据异常检测及处理提出了相应的建议。研究结果显示:不同加速度计、不同时空强震动台站的背景噪声功率谱密度昼夜差异主要体现在1 Hz以上频段,且不同区域的昼夜差异变化较大;QA-2g型、JS-A2型和TDA-33M型三种加速度计在2 s频点的背景噪声功率谱密度随区域和三分向变化较小;从强震动台站2 s频点背景噪声的监控能得到可靠的观测数据异常,数据异常主要由加速度计零点漂移大、加速度计故障、脉冲干扰、系统参数有误造成,建议优化站点观测环境,进一步规范仪器安装、调试及JOPENS系统的参数配置和审核。

KDP光学零件超精密车削加工误差的频谱特性与控制

超精密车削技术适于加工KDP(磷酸二氢钾)等频率转换类型的强光光学零件,但车削表面存在明显的加工纹理,导致抗激光损伤阈值降低。以加工表面误差幅值及其频谱分布为对象,分析了KDP光学零件超精密车削的加工特征和误差形态,采用功率谱密度(PSD)评价方法研究了工艺参数与误差频谱的内在关系,结果表明:不同进给速度及主轴转速将使螺旋形刀痕的间距发生变化,进而影响KDP表面误差的频率成分;切削深度虽然对误差频谱影响很小,但会改变PSD的幅值;当主轴转速高于500r/min、进给速度小于2mm/min、切削深度小于2μm时能够加工出rms值优于20nm的KDP面形。在此基础上,以典型KDP光学零件加工为例,通过超精密补偿车削方法将低频误差的PSD控制在300nm2·mm以内,中高频误差的PSD控制到国家点火装置(NIF)标准线以下,满足强光系统的工作要求。

基于谱修正方法的非高斯风场模拟

为克服基于H erm ite谱修正方法的缺点,减少该方法中计算H erm ite多项式系数所需耗费的大量机时,提出了一种模拟非高斯风压场的新方法,采用非高斯累积分布函数(CDF)映射技术来代替基于H erm ite的概率密度函数(PDF)修正。选择任意边缘PDF模型作为概率目标模型,采用目标功率谱密度(PSD)作为样本函数,通过迭代修正该样本函数,使其收敛于目标概率密度函数和目标功率谱密度。将该方法应用于实际结构的非高斯风场模拟,模拟结果与目标谱符合良好,表明本文方法模拟非高斯风场具有较高的精确度和计算效率。

动态分配模式下的宽带频谱感知

频谱感知是认知无线电的一项关键技术,其能够检测出未被主用户占用的频谱空穴,提高频谱利用率。提出两种宽带感知方法——矩形谱感知法和谱相关感知法,分别适用于已知主用户带宽和主用户功率谱(PSD)的情况。不同于以往将宽带频谱感知转换为窄带频谱感知的方法,利用主用户先验PSD在宽带范围内直接搜索主用户信号。该方法不需要带宽划分,直接在宽带内进行检测,对主用户信号PSD没有特殊要求,主用户信号可以随机出现在所检测的带宽范围内。仿真结果表明,由于谱相关法比矩形谱法利用了更多的先验信息,其检测性能优于矩形谱法,主用户载波估计更为准确。

基于PSD的矿用车平衡轴支座螺栓失效仿真分析

针对某矿用自卸车平衡轴螺栓早期失效问题,以该型自卸车车架为研究对象,重点关注平衡轴连接螺栓。以Hyperworks平台建立有限元模型,对车架进行基于功率谱密度的随机振动疲劳分析。结果表明:螺栓在垂向激励载荷作用下受到的等效应力最大1σ值为698 MPa,位于内侧螺栓处,换算为3σ应力值为2094 MPa,远不满足材料40Cr强度要求,即造成螺栓早期失效的原因是随机振动激励下,螺栓强度不足。提出改进建议:加强平衡轴螺栓的连接强度。经过市场验证,改进措施取得了良好的效果。

基于疲劳损伤谱的地铁车辆设备安装座铝合金焊缝加速寿命研究

以地铁底架设备安装座铝合金焊缝为研究对象,采集线路实际运行过程中的加速度激励,基于疲劳损伤谱(fatigue damage spectrum, FDS)理论,提出一种非高斯激励的加速方法。首先计算实测输入信号的峭度、偏斜度,以此检验输入信号的非高斯分布特性,结果表明所有任务段激励均服从非高斯分布。为每个任务段激励选择合适的FDS计算方法,设置加速参数,基于损伤等效原则构建加速功率谱密度(power spectral density, PSD),以此作为后续台架试验的激励输入。建立有限元模型,计算支架焊缝加速疲劳寿命。开展台架振动试验,进行验证。试验与仿真疲劳寿命进行对比,结果表明其加速疲劳寿命相对误差为0.57%,加速比达到21 722.26,加速有效,该方法编制的加速PSD激励可以在5 h内反映支架安装座30年的服役情况。为车辆其他设备加速谱的编制提供参考。

基于FPGA和DSP的遥测数据实时谱分析卡设计

为了实时分析遥测数据单位频带内谱信息随频率的变化情况,设计了一种遥测数据实时谱分析卡。设计采用FPGA+DSP系统架构,配合流水线作业的设计理念。振动信号功率谱密度(PSD)计算采用快速傅里叶变换法(FFT),冲击信号冲击响应谱(SRS)采用递归数字滤波法,极大降低运算量,缩短谱分析的时间,从而实现谱信息分析的实时性。测试结果表明,该谱分析卡可以在9 ms内完成一路高频振动数据的处理,在67 ms内完成一路冲击数据的处理,设计具有良好的实时性、稳定性和扩展性,在实际应用中得到较好的效果。

强激光系统波前功率谱密度的数值计算研究

惯性约束聚变(ICF)系统中,影响激光聚焦性能的一个重要指标是波前功率谱密度(PSD),它所对应的空间周期为0.12～33mm。对PSD的数值计算所涉及到的关键技术进行了详细的理论及实验分析研究。通过对中频段的波前位相均方根值的分析表明,波前数据的空域处理采用Quad flip技术较为合适,对频域滤波器的选用需要综合考虑滤波的有效性及波前的失真。通过对二维PSD的分析表明,空域处理采用加窗技术较为合适。该项研究为ICF系统中的PSD指标的确定及检测算法奠定了基础。

利用功率谱密度评价离子束抛光光学元件表面粗糙度

利用功率谱密度(PSD)评价光学表面粗糙度具有传统评价手段(Ra)所不具备的优势。给出了功率谱密度的计算方法,以及抽样方向与一维PSD曲线的关系。在离子束抛光K9玻璃实验中引入PSD曲线,以评价抛光光学零件的光学表面粗糙度,结合PSD曲线与Ra值能够更全面的指导光学加工。

核电厂设备抗震设计标准功率谱密度的生成方法

对于核电厂设备抗震设计的输入地震波,通常要求其同时包络目标反应谱(RRS)和标准功率谱密度(PSD),然而目前国内外对标准PSD缺少统一的算法。在美国核管会标准审查大纲(SRP)3.7.1建议的标准PSD生成方法基础上,优化了迭代过程,提出了一个改进的标准PSD合成方法,并在2个核电设备RRS算例上实现了该方法。结果显示改进的标准PSD生成方法与RRS匹配程度较高,同时计算快速、简便,收敛精度与基于随机振动理论方法计算的结果相似,此法可以作为核电厂设备抗震设计输入人工地震波的标准PSD检验依据。

基于多维观测特征的MF-HMM模型识别新型LDoS驱动的高分散低速率QoS侵犯

针对新型LDo S驱动的高分散低速率Qo S侵犯,提出一种新颖的基于网络微观和宏观多维特征的识别方法。在网络微观方面,加权计算了反应TCP包头内部微观变化的Flag控制位,以及计算了反应LDo S固有周期特性的I-I-P 3元组的功率谱密度PSD特征;在网络宏观方面,引入反应网络发送流和确认流比值变化的R特征,共同构成多维观测序列,采用多维隐马尔科夫混合模型multi-stream fused HMM(MF-HMM)自动识别Qo S侵犯。同时,应用Kaufman算法动态调整阈值。大量实验表明,提出的方法有效降低了识别的误报率和漏报率,特别针对新型LDo S驱动的高分散低速率Qo S侵犯,在复杂网络背景流量下依然具有很高的识别率。

某车用电池箱随机振动仿真分析

基于随机振动仿真手段评估车用电池箱结构的振动特性。依据GB/T 31467.3-2015法规要求,采用Opti Struct软件对电池箱模型进行模态分析,获得电池箱的模态振型及各阶模态频率,以获得的模态频率为依据对电池箱进行PSD随机振动分析。为避免与汽车振动源共振,重点研究电池箱与激励源频率接近的频率下的PSD随机振动的响应结果。结果表明,电池箱1阶频率为23.11 Hz,电池箱3个方向上的3-σ应力均小于材料Q345的屈服强度;利用CAE仿真手段能够大幅度缩短电池箱的设计周期,优化了设计流程。

GOCE卫星重力梯度测量误差分析及其模拟研究

论述GOCE卫星重力梯度测量误差的来源及其特性,提出采用AR模型基于先验的误差PSD模拟卫星重力梯度仪有色噪声时间序列,给出AR模型构造平稳随机过程的基本原理和数学模型。根据两类解析形式的重力梯度仪观测噪声PSD分别模拟相应的有色噪声时间序列,模拟的噪声时间序列对应的PSD与解析形式PSD比较的结果验证了AR模型用于模拟GOCE卫星重力梯度测量有色噪声的可行性和有效性。