基于小波包能量分析及改进支持向量机的风机机械故障诊断

为了准确诊断风机的机械故障,提出了一种基于小波包能量特征和改进支持向量机的诊断方法.在某4-73No.8D风机实验台上对13种不同运行状态下的振动信号进行采集,利用小波包对振动信号进行消噪、分解与重构,提取其小波包能量特征,得到了各运行状态下风机多测点信息融合的小波包能量特征向量,并利用改进支持向量机对特征向量样本集进行训练与测试,实现了风机机械故障的分类诊断.结果表明:该诊断方法能够有效地诊断风机机械故障的类别、严重程度和发生部位,且诊断准确率高、测试时间短,适用于在线机械诊断.

基于小波包能量分析法的螺栓球节点连接区受力监测

针对螺栓球节点在安装、使用过程中连接区受力变化将导致螺栓、套筒等部件破坏,进而发生节点连接失效的问题,利用压电陶瓷传感器,基于小波包能量分析法对螺栓球节点连接区受力监测进行研究.设计并制作一个包含螺栓球节点的缩尺网架模型.通过对螺栓球节点连接区的套筒施加不同的扭矩,使连接区处于不同的松紧状态,构建不同的连接区受力.将两个压电陶瓷片分别粘贴在中心螺栓球和靠近该螺栓球的杆端,作为激励器和接收器.对接收到的不同扭矩下应力波进行小波包分析,得到相应的应力波能量,通过计算危险指数RMSD,实现对螺栓球节点连接区受力的监测.试验结果验证了小波包能量分析法的有效性、抗噪性和抗干扰性,最终证明基于小波包能量法的螺栓球节点连接区受力状态监测是可行的.

硐室爆破降振及振动信号小波包能量分析

塔罗金矿揭顶剥离硐室爆破是塔吉克斯坦迄今为止规模最大的一次爆破。根据地形、地质、环境条件和工程要求,合理地设计爆破参数、爆破网路和分段延时时间,较好地解决了硐室爆破振动带来的影响。振动监测结果表明,爆破降振取得良好效果。通过对塔罗金矿硐室爆破振动测试数据时域、频域(Fourier变换)和时频域(包括小波基的确定,小波包降噪阈值选取,小波包能量分析)的分析,总结出硐室爆破振动波能量主要集中在0～15.6Hz频带内,硐室爆破中增大单响药量,爆破振动波能量在低频带占比增大,而在高频带占比减小,水平和垂向主振频带(0～15.6Hz)能量占比99%所需的爆心距将缩短。随着爆心距的增加,垂向能量占比呈现先降低后升高的趋势,水平向能量占比呈现振荡走高的趋势。

基于特征权值小波包能量分析的异步电动机电气故障特征提取

异步电动机是生产生活中应用最广泛的电动机。对异步电动机电气故障特征进行提取,是保证电动机正常运行的重要手段。首先,对异步电动机电气故障进行仿真与模拟后,获得定子电流信号。然后,通过小波包能量分解和重构这些信号,得到故障特征向量。最后,运用特征权值算法得出每个特征的权重。研究表明:借助特征权值算法与小波能量分析的方法能使提取的故障特征更为精确,仿真验证了其有效性和可行性。

基于小波包能量分析的吊篮故障DSmT融合方法研究

针对反应堆堆芯吊篮破裂和吊篮紧固件部分脱落故障信号难以获取问题,提出一种小波包能量特征提取和不确定理论DSm T故障决策的融合方法。测试3种吊篮故障工况的振动信号,利用小波包变换对信号进行分解-重构,提取频段能量构建子带能量特征向量,归一化处理后赋值给DSm T信度函数,使用DSm T信息融合方法在决策层对故障模式进行识别及验证。实验结果表明该方法能够有效辨识吊篮故障模式,具有较高的准确性及泛化能力。

基于小波包能量特征的薄膜涂层材料界面缺陷检测法

目前国际上对薄膜涂层界面缺陷尚缺乏有效的探伤方法。本文基于薄膜涂层材料中波传播的模型,考察了在涂层表面施加冲击脉冲激发表面波,测取涂层表面各点的动态特性,结合波形分析技术进行界面缺陷检测的可行性。通过有限元模拟分析产生脉冲载荷并且激发表面波,对涂层表面接收的加速度波响应信号进行小波包数学变换,提取小波包相对能量谱变化率指标,发现加速度信号的小波包相对能量谱变化率指标在存在界面缺陷的区域有显著的变化,并且在缺陷中心区域效果最明显,而且该指标对不同薄膜厚度界面缺陷的具有敏感性,可以通过该指标较准确的判断裂纹的位置和尺寸。此项研究可以为开发薄膜涂层界面缺陷的无损检测方法提供一定的理论基础。

小波包和功率谱密度分析法在混凝土龄期强度监测中的应用

利用压电智能骨料激发的应力波,对混凝土28 d内目标龄期进行信号监测试验研究,并通过功率谱密度和小波包能量分析法对混凝土龄期内监测信号进行分析。试验结果表明:混凝土目标龄期内,随着时间的逐渐增加,混凝土试件中传感器监测信号的小波包能量和功率谱密度的幅值随时间的变化趋势呈现出非线性增长,6 d和12 d是增长变化的分界点,其幅值分别达到了2.345×104V2、3.923×104V2和61.54 pV^2/Hz,98.86 pV^2/Hz。其试验结果与混凝土试件在实际养护过程中试件强度的变化规律具有很好的一致性。

用希尔伯特变换和小波包分析诊断转子断条故障

应用希尔伯特变换和小波包频带能量分析方法,消去定子电流中所包含的直流分量,解决了转子断条故障特征分量容易被基波淹没、难以检测的问题。实验结果验证了该方法诊断转子断条故障的有效性。

钙质砂地基含水率对爆破振动特性影响分析

含水率对钙质砂地基爆破振动特性的影响研究,是岛礁建设工程急需解决的问题。基于小波包变换技术分析了试验中3种含水状态钙质砂地基的能量衰减规律。研究表明:同一药量情况,同一测点情况下钙质砂地基中含水率高的质点振动速度较含水率低的大。质点爆破振动的能量衰减速率均随着爆心距的增加而逐渐趋缓,饱和钙质砂地基大于湿钙质砂地基大于干钙质砂地基。同时比较了3种含水状态的钙质砂地基质点的径向、切向、垂向的振动速度峰值,得出了3种含水状态的钙质砂地基的萨道夫斯基计算公式,拟合优度较好,对岛礁工程建设和试验研究具有参考价值。

基于压电传感器的纤维陶粒混凝土冻融损伤检测

针对纤维陶粒混凝土低温下受到冻融损伤导致影响结构安全性问题,基于压电陶瓷传感器进行损伤检测。利用压电传感技术对冻融后的纤维陶粒混凝土试件进行检测,获得不同冻融次数下的应力波信号。当冻融次数增加,试件相对动弹模量和抗弯强度下降,压电陶瓷检测到的应力波信号幅值相应减小,基于应力波的衰减,采用小波包能量分析法将其转化为损伤指数,与冻融试验评价指标损伤程度和抗弯强度损失率进行拟合,吻合度较高。结果表明,纤维陶粒混凝土损伤指数与冻融损伤程度和抗弯强度损失率相关性较强,该纤维陶粒混凝土冻融损伤无损检测方法具有良好可行性。

基于压电陶瓷的销轴连接受力状态监测

销轴连接作为工程中一种常用的连接构件,实时监测其在荷载下的健康状态,对结构的整体稳定性至关重要。该文研究了一种基于压电理论的销轴连接受力状态的实时监测方法,并对其展开了理论和实验研究。同时基于小波包理论分析接收信号的能量,从而识别销轴连接的受力状态。研究结果表明,接收信号的能量与销轴连接的受力状态相关,随着接触面的法向压力增大,接收信号的能量增大,但当法向压力增大到一定值后,接收信号能量达到饱和。因此,该文提出的基于压电理论的销轴连接受力状态监测方法在一定的荷载范围内具有良好的可行性和应用意义。

基于压电陶瓷传感器的水塔定向爆破监测试验研究

为了顺利完成水塔的定向拆除爆破,将压电陶瓷传感器应用于水塔的拆除爆破中,通过MATLAB小波包能量分析法对传感器监测信号进行能量指数计算。结果表明:试爆对水塔结构造成损伤,与导向窗径向对称的塔壁腹部的平均能量指数是其背部能量指数的60.37%,腹部产生的损伤小于背部的损伤;通过频谱分析发现水塔倒塌过程中各测点信号主频率集中在4~11 Hz,信号功率主要在0~20 Hz的频段内,与一般建筑物自振频率接近。埋入式压电陶瓷监测系统能对建(构)筑物倒塌过程中各阶段、各部位破坏和损伤程度进行监测和记录,是对拆除爆破建(构)筑物过程分析的一种有效的技术方法。

基于激光超声透射波波包能量的缺陷定量检测研究

为了实现对金属构件表面微小裂纹的定量检测,本文采用仿真和实验相结合的方法,对经过不同深度表面裂纹的激光超声透射Rayleigh(瑞利)波的波形进行对比分析,提取畸变区域内的波形,计算其波包能量,研究波包能量与表面裂纹深度的依赖关系,并通过拟合表达式对裂纹深度进行反演。研究结果表明:当表面裂纹的深度以0.1 mm的步长从0.1 mm增加到0.5 mm时,透射Rayleigh波的波包能量呈线性减少,且仿真与实验分析结果相一致。反演所得裂纹深度与理论裂纹深度的最大误差为0.022 4 mm,总体平均误差为0.011 5 mm。因此,该研究结果可以有效的对表面裂纹深度进行定量表征。

空间单层网壳结构损伤杆件位置识别试验

为解决空间钢结构震后常发生杆件损伤的位置识别问题,设计一个单层网壳结构试验模型,切断单个杆件模拟实际结构的杆件损伤,对该损伤杆件进行位置识别研究.首先,根据空间钢结构自由度多,模态密集等特点,基于小波包能量分析法处理频率密集信号的优势,应用单层钢网壳结构损伤前后两个监测阶段的加速度响应数据,建立抗噪性能和灵敏性较好的损伤杆件位置识别指标向量.再应用有限元软件ANSYS建立17组不同位置杆件损伤的数值分析模型,分别获得17组有限元模型损伤前后的加速度响应数据,通过小波包分析处理后将其损伤指标向量作为损伤识别样本库,再将具有单个杆件损伤试验结构的加速度响应数据处理后得到的损伤识别指标向量与损伤样本库中各杆件损伤位置的指标向量进行聚类分析,识别出实际结构杆件有可能的损伤位置.该方法能够快速识别出实际结构中损伤杆件可能损伤的区域位置,试验结果也验证了方法的可行性和有效性,为后续工程应用研究提供了理论和试验支持.

基于压电陶瓷的地聚合物砂浆强度发展监测研究

将压电陶瓷(PZT)智能骨料成对嵌入地聚合物砂浆试件内部,利用主动感应法监测不同龄期地聚合物砂浆压电应力波信号,将时域信号图分析和小波包能量分析相结合,探讨了压电信号能量变化与地聚合物砂浆强度变化的对应关系。时域信号图分析表明,随着地聚合物砂浆养护龄期的增加,压电陶瓷智能电压幅值逐步增加,反映了地聚合物砂浆抗压强度的变化过程。小波包能量分析表明,随龄期的增加,地聚合物砂浆抗压强度变化过程与压电信号幅值计算总能量具有一致性。基于地聚合物砂浆抗压强度试验结果与压电陶瓷应力波所计算的能量值,拟合出地聚合物砂浆强度与压电应力波信号计算总能量的相关函数关系。

基于压电智能骨料的混凝土梁裂缝损伤监测研究

针对混凝土结构裂缝损伤的重要性以及现有监测方法的不足,提出了一种基于压电智能骨料的混凝土梁损伤程度判定和损伤识别定位方法。在介绍了压电智能骨料监测原理的基础上,根据小波包分解理论构造小波包能量,提出基于小波包能量的损伤指标。试验中,将压电智能骨料等间距埋入混凝土梁中,驱动器和传感器分别用于发射信号和接收信号,采用线性正弦扫描信号分别对健康和不同损伤程度下混凝土梁的不同区域进行扫描,依据提出的损伤指标对试件损伤进行识别判定。试验结果与试件的实际损伤情况相吻合,验证了用压电智能骨料监测混凝土梁裂缝损伤的可行性。

Theoretical research on structural damage alarming of long-span bridges using wavelet packet analysis

The state equation and observation equation of the structural dynamic systems under various analysis scales are derived based on wavelet packet analysis. The time-frequency properties of structural dynamic response under various scales are further formulated. The theoretical analysis results reveal that the wavelet packet energy spectrum （WPES） obtained from wavelet packet decomposition of structural dynamic response will detect the presence of structural damage. The sensitivity analysis of the WPES to structural damage and measurement noise is also performed. The transfer properties of the structural system matrix and the observation noise under various analysis scales are formulated, which verify the damage alarming reliability using the proposed WPES with preferable damage sensitivity and noise robusticity.

下穿隧道掘进爆破振动传播规律研究

为解决新建隧道近接下穿既有村庄爆破施工的安全难题,结合崇礼隧道下穿和平村建设项目,运用现场监测和信号分析的手段,研究爆破振动波在径向、切向和竖直向分别传播至地表的衰减规律。结果显示:爆破振动波传播规律受地质条件和测试方位的影响较大,三个方向的振动信号分别用萨道夫斯基公式进行回归分析,拟合效果良好,其中竖直方向振动信号拟合出的场地系数k值偏大,衰减系数α值偏小;利用FFT分析三向爆破振动信号频率分布广泛,主要集中在20~300Hz之间,无需考虑与地面建筑物共振情况;爆破振动信号传播至地表能量在垂直方向的低频部分比较集中,综合考虑峰值振速、频率、能量因素,竖直方向是爆破振动监测工作关注的重点。

声发射信号特征提取方法在复合材料层合板中的应用

将小波包能量谱分析法应用到碳纤维复合材料层合板(CFRP层合板)中,对CFRP层合板的落锤冲击实验过程进行分析,得到CFRP层合板在冲击实验时的损伤类型和各损伤阶段所呈现出来的声发射信号特征,实现材料损伤类型的判别。

压电耦合智能板结构中微损伤识别方法研究

基于小波包能量谱分析方法,研究了压电耦合板结构中微损伤及其损伤程度的检测和识别方法。通过建立压电耦合板的谱有限元模型,数值模拟研究了金属板中微小凹陷损伤发生细微变化时传感器的动态响应;进而采用小波包分析技术对响应信号进行分解,得到一系列子信号的能量谱,分析了不同程度凹陷损伤对各节点能量谱的分布和幅值变化所产生的影响。研究结果表明,小波包能量谱能够对微小凹陷损伤及其损伤程度进行较为灵敏地识别,为实际检测工作提供了参考。