水电机组轴系瞬时涡动特征提取与振动平稳性评估

为有效判别水电机组振动平稳状态,研究了转子振动过程的涡动特征和轴系振动平稳性评估方法。首先推导了瞬时涡动角速度的理论表达结果,并分析涡动角速度的特征参数,然后提出轴系振动过程的全息涡动速度分析方法,建立轴系振动过程的涡动特征指标和振动平稳性评价指标,最终将本文理论用于浙江仙居抽水蓄能电站轴系振动数据分析,提取振动的关键涡动特征指标并评估轴系平稳性。结果表明,所建立的特征指标具有良好的轴系振动平稳性表达能力,对于实际水电机组振动状态监测和性能评估有广阔的应用前景。

考虑时变特性的车-桥耦合系统非平稳振动频域方法研究

当列车行驶经过桥梁时,由于车辆在桥上的位置随时间不断变化,车-桥耦合系统具有时变特性,即使假设轨道不平顺为平稳激励,车辆和桥梁的振动仍然是一种非平稳的随机过程。本研究旨在提出一种非平稳频域分析方法,以高效分析受轨道不平顺激励的车-桥耦合系统的非平稳随机振动问题。首先推导了单节列车通过单跨简支桥的耦合系统时变频响传递函数(FRF),据此描述线性时变系统的动力特性。该函数满足一组变系数微分方程,可采用摄动法求解该函数,从而提高计算效率。随后,结合PRIESTLEY的演化谱理论,推导非平稳随机响应的演化功率谱密度函数(EPSD)。基于非平稳频域分析方法,计算响应时变均值和方差,结合3σ准则来估计非平稳响应的极值。研究结果表明,由于轨道不平顺的影响,车辆振动表现出平稳随机过程的特性,但其方差较大,表现出更大的离散性;而桥梁的振动则呈现出明显的非平稳特性,但方差较小,响应具有较小的随机性。极值分析表明,轨道不平顺激励对车辆振动具有显著影响,其均方根对极值响应起主导作用。而轨道不平顺激励对桥梁振动的影响较小,桥梁振动则主要受移动质量影响,其响应的极值主要受均值的影响。此外,相较于系统位移响应,车速对加速度响应的影响更为显著,例如车身加速度响应最大值随车速的增加可增大至3倍左右。

轨道车辆非平稳振动载荷等效谱组构造方法研究

基于频域法的轨道车辆非平稳振动载荷下结构件疲劳分析,通常是从功率角度构造一个与非平稳振动载荷等效的功率谱密度(PSD)作为输入,但单个PSD无法表征其峭度信息,导致分析结果与实际存在较大误差。为此,提出构造一组PSD(等效谱组)等效于非平稳振动载荷方法。推导出非平稳振动载荷统计量的频域分布表达式;构造以功率与峭度的频域分布特性为约束条件的方程组,其最优解即为等效谱组;对比分析轨道车辆实测非平稳振动载荷与其等效谱组的差异。结果表明:非平稳振动载荷与其等效谱组的功率、峭度、频域分布特性以及概率密度函数中高幅值区域处具有较好一致性,同时两者具有等损伤能力;当等效谱组中PSD个数不少于8时,提出方法可以有效地适用于轨道车辆不同类型非平稳振动载荷。

基于快速稀疏辅助分解的机械非平稳振动信号分离方法

针对滚动轴承早期故障信号微弱,故障特征难以识别等问题,提出了一种基于基于快速稀疏辅助分解的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用时域和频域稀疏度之间的形态区分,构建了快速稀疏分解模型;其次,证明了该模型凸性的充分必要条件;最后,利用非凸正则化器增强脉冲成分的幅值,通过包络分析实现滚动轴承早期微弱故障诊断。仿真实验表明:快速稀疏辅助分解算法可以有效分离出故障信号中的脉冲成分消除噪声的干扰,实现轴承早期微弱故障诊断。

基于LMS-SPWVD的非平稳振动信号时频分析方法

针对SPWVD存在中心信号频率能量发散、干扰信号能量波形及模态混叠现象未得到有效抑制的缺点,提出一种最小均方滤波算法(LMS)和平滑伪维格纳威尔分布(SPWVD)相结合的时频分析方法(LMS-SPWVD).首先,采用LMS算法对模拟非平稳振动信号测试函数进行抑噪处理,获取最优输出信号测试函数时域波形;然后采用SPWVD对最优输出信号测试函数时域波形进行分析,构建LMS-SPWVD算法时频分布模型;最后将该方法与SPWVD、LMS-STFT、LMS-WVD进行对比。结果表明,该方法具有较好的时频分辨率与时频聚集性、模态混叠及干扰信号抑制效果。

平稳和非平稳振动信号的若干处理方法及发展

回顾了稳态或准稳态振动信号处理方法中的离散频谱分析与校正、细化选带频谱分析、解调分析和高阶谱分析 ,非平稳振动信号处理方法中的转速跟踪分析、短时傅立叶分析、Wigner- Ville分布、小波分析和 Hilbert-Huang变换的发展历史 ,论述了各类方法的原理 ,分析其特点和在工程中的应用 。

基于小波变换的四轮车辆非平稳振动时频研究

基于 8自由度的车辆动力学模型 ,以四轮相关滤波白噪声路面为系统输入 ,对四轮车辆的非平稳随机振动过程进行了计算机时域模拟 ,进而采用谱分析和小波分析技术分析了系统响应 ,在时频平面内建立了各振级之间的振动联系 ,考察了振动能量的流动情况 。

非平稳振动信号分析中Hilbert-Huang变换的对比研究

Hilbert -Huang变换是一种信号分析新方法,特别适合于对非平稳信号进行分析。介绍该方法的基本理论,并利用它对一个典型的旋转机械非平稳振动信号进行分析。然后通过与利用短时傅里叶变换和小波变换所得到的分析结果的对比,研究Hilbert- Huang变换在分析一般非平稳振动信号中的优势和缺陷。最后结合实际应用中遇到的问题,简要论述Hilbert- Huang变换中的经验模态分解在分析频率成分非常靠近的复杂信号时的不足和原因。研究结果表明,Hilbert- Huang变换和其他方法相比,具有分辨能力强、自适应分解、物理意义清晰、信息完整、形式简洁和易于精确分析等优点;同时也存在具有端点效应、实时性稍差和难以将复杂信号中特别靠近的频率成分分解为独立的本征模分量的缺陷。

基于路面一致激励车桥耦合非平稳随机振动分析

基于路面不平顺一致输入激励,采用虚拟激励法研究车辆变速行驶三维车桥耦合非平稳随机振动响应。首先,将桥梁离散为板-壳实体单元,车辆简化为三维九自由度体系,考虑路面输入激励的多点不相干,将路面不平顺引起的荷载等效为虚拟激励荷载,建立三维车-桥耦合非平稳随机振动模型;然后,运用精细积分格式迭代求解,与Monte-Carlo法计算结果对比验证模型的正确性;最后,以某高速公路梁桥为背景,研究车辆匀加速行驶在B级桥面桥梁各点动响应。结果表明:笔者提出的计算模型及算法正确可行;相同路面激励引起的跨中位移和加速度响应峰值大小取决于瞬时最大车速;车辆变速行驶比匀速行驶具有更宽的共振频率区间,跨中位移和加速度最大值随车速呈现先快后缓的增长趋势。

非平稳机械振动噪声中瞬态故障信号的检测

结合非平稳机械运行状态,分析了非平稳振动信号中瞬态故障信号和平稳振动信号的特点,介绍了应用小波包理论进行故障信号检测的基本原理.通过小波包变换后,平稳振动信号和瞬态故障信号的小波包-能量谱表现出不同的特性.本文运用统计信号处理的理论,构造了相应统计量进行假设检验判决,判断平稳振动信号中是否存在瞬态故障信号。针对变速箱故障声压信号的非平稳时变特点,给出了小波包分析处理变速箱故障声压信号的原理和方法,并分析了一个变速箱齿根裂纹故障的诊断实例.实验结果表明,该方法可以有效地提取淹没在平稳振动噪声信号中的瞬态故障信号的特征,准确判断出故障,验证了该方法对机械设备进行故障诊断的有效性,对其它类型的机械故障诊断也具有一定的参考价值。

车桥耦合系统非平稳随机振动分析的虚拟激励-精细积分法

提出了考虑轨道高低不平顺时进行车桥耦合系统垂向非平稳随机振动分析的新方法。车辆采用具有两系悬挂10个自由度的四轮模型,桥梁采用Bernoulli-Euler梁单元有限元模型。将轨道高低不平顺假设为均匀调制演变随机过程,并考虑各车轮所受轨道随机激励之间的相位差,采用虚拟激励法(PEM)将轨道不平度精确地转化为一系列垂向简谐不平度的叠加,大大简化了运动方程的求解。在此基础上采用能够更真实地模拟车辆作用力在时间域和空间域上连续变化的精细积分法(PIM)来进行数值积分计算。数值算例中,将该方法与Monte Carlo方法进行了比较,并分析了轨道不平顺对于系统随机响应的影响。数值计算表明:发展的虚拟激励-精细积分法(PEM-PIM)能够高效精确地进行车桥耦合系统的垂向非平稳随机振动分析;轨道不平度级别对系统随机振动影响显著,且其一阶、二阶导数项对系统加速度随机响应的影响应予以考虑。

Wigner分布的改进及其在非平稳振动分析及诊断中的应用

Wigner分布是近年来应用于非平稳信号处理的新方法，但沿用的基于Classen定义的方法存在着频率混叠等缺陷和不足，本文通过对Wigner分布的物理意义及主要性质的讨论，推导并验证了Wigner分布的两种改进形式—基于Peyrin定义的的PWVD和移动AR－PWVD．在柴油机振动分析及诊断的应用中证明了以上方法的工程实用性和有效性．

梁式结构受移动荷载作用非平稳随机振动的DQ-PEM方法

针对梁式结构受移动荷载作用的非平稳随机振动问题,提出了一种综合利用微分求积法和虚拟激励法DQ-PEM的新方法。梁式结构受移动荷载作用的振动控制方程为含Dirac函数的偏微分方程,利用微分求积(DQ)-积分求积法(IQ)法将其振动控制方程转化为不含Dirac函数的常微分方程。同时,将表示荷载位置变化的Dirac函数视为移动荷载的非平稳化函数,再结合虚拟激励法的思想,可得梁式结构在确定性荷载作用下的虚拟响应,进而得到其非平稳随机响应。通过工程算例验证了该方法的准确性与有效性,并进一步讨论了不同速度和不同边界条件下梁式结构受移动荷载作用的随机振动问题。

连接体刚度对连体位移响应影响的平稳随机振动分析

基于架空连体结构受力特点,将连体结构的串并联质点系层模型采用"等效分解"的新思路分解为单体和连接体两部分.运用林家浩提出的虚拟激励法,求出单体在连体位置的自谱值,以单体的自谱响应作为连接体多点完全相干的平稳随机激励,得出在平稳随机响应下连体位移响应方差的解析表达式,对连接体在不同连接刚度、阻尼作用下的位移方差响应进行详细讨论,发现连体刚度、阻尼变化对连接体位移响应方差在一定范围内有较大的影响.

三维车桥耦合系统的非平稳随机振动分析

推导了线性时变系统非平稳随机响应的多维虚拟激励法,研究了三维车桥耦合系统受轨道激励而产生的非平稳随机振动。桥梁模型采用空间Euler梁单元,轨道激励假设为均匀调制多点异相位非平稳随机激励。采用多维虚拟激励法把轨道不平度转化为一系列简谐不平度的叠加,通过简单分解精细积分格式进行迭代计算,最终得到系统随机响应的时变功率谱及均方根。数值算例中,用时间历程法验证了本文方法的正确性,并且分析了方向、高低、水平三类轨道激励同时作用下三维车桥耦合系统的非平稳随机振动特性。

车辆系统非平稳随机振动的瞬时功率谱

对车辆系统变速行驶所引起的非平稳随机振动进行了研究。建立了非平稳随机响应瞬时加速度功率谱与瞬时位移功率谱之间的关系；建立了二维时间频率功率谱与二维空间频率功率谱之间的关系；建立了时间频率与空间频率之间的关系；最后给出如何求解车辆上任一固定点非平稳随机响应的瞬时加速度功率谱。

附面阻尼随频率变化的复合材料层合结构非平稳随机振动分析

提出了对敷设黏弹性阻尼层的复合材料层合结构非平稳随机振动分析的高效精确算法。考虑了黏弹性阻尼材料对激振频率的依赖性及Adams提出的复合材料层合结构的阻尼模型。为解决依赖频率变化的非经典阻尼的复杂结构,结合实模态降阶直接解法对虚拟激励法做了相应的发展,并采用精细积分法高效精确地求解了随机振动方程。以国产有限元程序系统DDJ为平台开发了相应的程序,并对波音737客机水平尾翼的复合材料安定面结构进行了模拟研究,从复杂的计算及合理的结论可以看出,所提出的方法对于这类十分复杂复合材料结构的非平稳随机振动分析十分有效。

汽车非平稳随机振动统计特性求解的一种新方法

本文中针对汽车变车速行驶时路面不平度在空间域是平稳随机过程的特性,提出求解汽车非平稳随机振动响应统计特性的一种新方法。建立了时间域汽车振动2自由度单轮模型,基于时间域与空间域变量及其导数变换关系,推导了相应的空间域汽车振动模型。采用空间频率傅里叶变换,建立了汽车振动空间频率响应特性和时间域振动响应量的空间频率响应特性。采用路面分类标准表示路面不平度的空间域统计特性,建立了由空间频率响应特性求取非平稳振动响应量统计特性的公式。选取某汽车参数和包含匀加速、匀速和匀减速的典型行驶工况,分析了非平稳振动响应量统计特性的变化规律。结果表明,汽车非平稳振动响应量的统计特性随车速的变化而变化,具有时变特性。

求解非线性平稳随机振动FPK方程的小波数值方法

详细推导了FPK方程的Shannon小波配点法数值计算格式 ,以杜芬振子为例给出了Shannon小波配点法求解FPK方程的完整过程 .所取得的数值结果表明 ,该方法可以得到与精确解非常吻合的结果 .这个方法可推广用于求解某些其他类型的偏微分方程 .

电流变阻尼器支承的转子系统不平稳振动测试

对采用一种剪切型电流变阻尼器作为支承的刚性转子系统进行振动测试,对比分析了电流变阻尼器外加电场电压不同时转子振动的特点。在适当的电压条件下可使转子振动明显减低。研究了转子振动控制过程中由于电场电压切换所造成的转子不平稳振动的时频变化规律。在稳定运行过程中,由于电压突变使转子振动产生波动.而转速均匀升降会对这种不平稳振动起到一定的镇定作用。