Relative vibration identification of cutter and workpiece based on improved bidimensional empirical mode decomposition

In the process of cutting,the relative vibration between the cutter and the workpiece has an important effect on the surface topography.In this study,the bidimensional empirical mode decomposition(BEMD)method is used to identify such effect.According to Riesz transform theory,a type of isotropic monogenic signal is proposed.The boundary data is extended on the basis of a similarity principle that deals with serious boundary effect problem.The decomposition examples show that the improved BEMD can effectively solve the problem of boundary effect and decompose the original machined surface topography at multiple scales.The characteristic surface topography representing the relative vibration between the cutter and the workpiece through feature identification is selected.In addition,the spatial spectrum analysis of the extracted profile is carried out.The decimal part of the frequency ratio that has an important effect on the shape of the contour can be accurately identified through contour extraction and spatial spectrum analysis.The decomposition results of simulation and experimental surface morphology demonstrate the validity of the improved BEMD algorithm in realizing the relative vibration identification between the cutter and the workpiece.

声波法在输油管道上的可检测泄漏率分析

为了确保输油管道出现泄漏时能够及时检测到泄漏,对声波法在输油管道上的可检测泄漏率进行了分析。首先,建立了声波产生和传播衰减模型,根据模型分析了声波在管道内的衰减性,得到管道两端声波衰减幅值的计算方法;其次,采用基于互信息优化的自适应噪声完备集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,简称CEEMDAN)和互谱分析相结合的去噪算法对采集的信号进行去噪,并实验验证了衰减模型可准确估计声波的衰减幅值,去噪算法可以有效消除信号中的噪声;最后,分析了管道特性与声波法在输油管道上的可检测泄漏率之间的关系。研究表明,管道特性在一定程度上决定了声波法的可检测泄漏率,声波法在输油管道上的最小可检测泄漏率可达0.45%。

基于特征判定系数的电力变压器振动信号故障诊断

变压器带电故障诊断对于保证电力变压器安全平稳运行具有重要的意义。针对变压器工作环境复杂且单一参数表征变压器故障类型不全面的问题,文中提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)和特征熵权法(entropy weight method,EWM)进行故障诊断的方法。通过相关系数与峭度加权(correlation coefficient and weighted kurtosis,CCWK)原则筛选CEEMDAN分量并重构信号,在实现剔除冗余分量的同时,提升变压器振动信号特征的表征能力;利用EWM构建特征判定系数实现单一数据诊断变压器故障类型;通过主成分分析法减小混合域特征尺度,采用鸡群优化算法优化支持向量机(support vector machine,SVM)模型进行故障诊断。对某变电站110 kV三相油浸式变压器进行分析,结果表明与概率神经网络和SVM等变压器故障诊断方法相比,文中方法能在提前定性故障类型的同时,进一步提高变压器故障诊断的准确率与效率。

基于多层框架结构的楼层阻尼比修正的仿真研究

附加有效阻尼比的确定是消能减震结构设计的关键。为探究布置消能器楼层数的不同对结构设计安全性的影响,以新疆地区某多层钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用非线性时程分析方法和等效结构模型的振型分解反应谱分析方法,基于各楼层剪力计算结果,引入楼层阻尼比修正系数k mn,对等效结构模型的附加有效阻尼比进行迭代修正。结果表明:采用小震时程分析阻尼比的等效结构模型,其楼层阻尼比修正系数随着阻尼器布置楼层数的逐渐增加呈现出先增后减的趋势,当阻尼器布置层数为楼层总数的3/5时折减率最低;采用中震时程分析阻尼比的等效结构模型,当阻尼器布置楼层数不少于2/5时,可满足设防要求;对于多层框架结构,考虑综合成本,黏滞阻尼器的布置楼层数可不采用满布的形式。

南郭寺南山佛法身舍利塔抗震性能研究

南郭寺南山佛法身舍利塔是一幢新建于高设防烈度地区山坡平地上的仿古塔建筑,设计使用年限为100年,其建筑造型和结构体系比常规建筑稍复杂。首先通过动力特性分析得到塔的自振周期和振动模态,而后基于振型分解反应谱法和时程分析法,采用有限元软件midas Gen对结构在小震、中震和大震作用下的地震响应进行了数值分析。因为在结构总说明中,只用到了设计使用年限为50年的地震作用,而未将其调整为100年,所以分析中均取2组地震动参数,即设计使用年限50年和100年。小震和中震的地震响应计算均采用弹性法,分析结果满足结构抗震性能要求。大震响应计算时,振型分解反应谱法中将特征周期提高了0.05 s,弹塑性时程分析采用塑性铰滞回模型,最大层间位移角均小于限值1/100。弹塑性时程分析还表明,内核心筒剪力墙的塑性铰发展和屈服程度均比外框架严重,但结构总体处于存在明显塑性变形至不严重破坏的状态,满足“大震不倒”的抗震性能要求。总的来说,南郭寺南山佛法身舍利塔抗震性能安全可靠,其结构体系对于类似仿古塔建筑的结构选型和设计富有借鉴意义。

不同激励下基于SVMD的结构响应重构方法

针对基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)的响应重构方法需要设置繁杂的带通滤波器参数,且无法在时域中直接重构周期激励作用下的响应等问题,提出一种不同激励下基于逐次变分模态分解(Successive Variational Mode Decomposition,SVMD)的响应重构方法。首先,分别考虑瞬态激励和周期激励两种工况,使用SVMD将传感器测得的动态响应信号分解为多个分量。其次,使用由模态分析推导出的模态转换矩阵和传递矩阵得到未测量位置的响应分量。最后,根据模态叠加法实现时域响应重构。对六层剪切框架和简支梁分别进行数值仿真和试验验证,结果表明,所提方法在使用单个传感器的条件下即可对不同激励下的结构响应实现有效重构,且对测量噪声具有一定的鲁棒性。

基于多滤波降噪法的桥梁应变监测信号处理

针对桥梁应变监测信号存在多源噪声,以及现有降噪法难以准确选取有效固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)分量的问题,提出一种有效的多滤波降噪法。首先,采用自适应噪声抵消器对含噪信号进行预处理,以滤除低频噪声,再对其进行自适应噪声完备集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)得到IMF分量,并利用频谱分析-自相关函数双重判断准则选取IMF分量;随后,对其进行奇异值分解,利用奇异值差分谱确定各分量有效阶数;最后,将各有效IMF分量的有效阶重构得到去噪信号。通过模拟试验验证上述方法的合理性,并将其应用于桥梁应变监测信号处理。结果表明:采用上述双重判断准则选取有效IMF分量具有较好效果,且提出的多滤波降噪法在桥梁应变监测信号处理中具有显著的优越性。

基于经验模态分解的火力发电厂锅炉给水泵振动故障监测

常规的给水泵振动故障监测方法以振动故障分布特征分析为主,受到给水泵运行环境的影响,故障监测存在失误的问题。因此,文章设计了基于经验模态分解的火力发电厂锅炉给水泵振动故障监测方法。提取火力发电厂锅炉给水泵振动信号特征,采集锅炉给水泵的振动信号,反映水泵在不同频率的故障状态。基于经验模态分解构建给水泵振动故障监测模型,利用经验模态分析处理给水泵振动信号,得到IMFs幅值、频率、能量分布等参数,进一步表征给水泵振动故障状态。在线监测发电厂锅炉给水泵振动效率,设置给水泵振动效率阈值,评估给水泵的振动异常情况,从而避免故障监测失误的问题。采用对比实验,验证了设计方法的故障监测准确性更高,能够应用于实际生产中。

基于便携式三维激光扫描仪的路面平整度测评

针对当前公路路面测量评定方法结构复杂、成本高昂的问题,构建了基于便携式三维激光扫描仪的测量评定方法。采用三维激光扫描仪对沥青公路路面数据进行测量,获取路面三维点云数据,经分析处理得到路面的三维高程曲面,使用RegularizeData3D算法和经验模态分解等方法对数据进行预处理,重构区域路面不平度,获取路面相应等级的路面平整度数据序列,最后求解和分析试验路面功率谱密度,并根据统计结果对整个试验路面状况进行评价。结果表明:系统能较好地重建所测区域路面的特征信息,路面平整度大部分集中在A级和B级,整体路面平整度在B级以上。

基于振动加速度模态分解与重构的轨道局部不平顺分析方法

低地板轻轨列车的异常振动信号多为非平稳非线性信号,针对传统时频分析方法在非平稳非线性信号处理上的局限,提出将Hilbert-Huang变换(HHT)应用于低地板轻轨列车的异常振动分析研究。针对经典HHT采用的EMD方法存在的模态混叠等困境,提出了先利用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)对振动数据进行分解,再通过相关系数法剔除趋势项分量,利用小波阈值法对高频含噪分量去噪,对去噪后的高频分量和低频信息分量进行加权重构,最后进行Hilbert-Huang变换的优化处理流程。以某型低地板轻轨列车为研究对象,通过HHT得到轴箱垂向加速度的Hilbert谱,获取时间—瞬时频率—瞬时能量对应关系并实现冲击点定位,结合边际谱分析振动特征计算质量指数,判断低地板轻轨列车的异常振动原因及故障模式,结果表明该方法对低地板轻轨列车振动的特征提取与振动冲击分析有效可行。

改进的经验模态分解方法和解析能量算子在电机轴承故障诊断中的应用

针对电机轴承故障信号能量微弱导致极易被噪声干扰所淹没的不足,进行了电机轴承故障特征提取研究;提出了一种改进的经验模态分解方法,包括谱峭度指标和一种新颖的解析能量算子相结合的电机轴承故障诊断方法;经实际测试与应用实现了对电机轴承故障信号中背景噪声干扰的去除,从而满足了电机轴承微弱故障特征提取的应用;通过与常用的电机轴承故障诊断方法对比验证了所提方法的有效性和优越性,为电机轴承故障诊断提供一个新的思路。

基于Autobank的重力坝挡水坝段动力分析

重力坝的抗震特性是大坝安全的一个重要指标,以柳树沟水库堆石混凝土重力坝挡水坝段为分析对象,利用Autobank有限元计算软件,在进行静力分析的基础上,基于振型分解反应谱法对其进行动力分析,将静态荷载和动态荷载作用下的应力结果按照“静力+动力”和“静力-动力”两种方式分别进行组合,采取最不利值与规范要求对比,得到该坝段应力状态满足相关规范要求,验证大坝结构设计的合理性和工程的安全可靠性,研究可供相关类似工程参考借鉴。

旭龙水电站进水塔抗震稳定性分析

旭龙水电站所处工程区的地震基本烈度为Ⅷ度,属于高地震区。为研究进水塔结构的抗震设计,采用三维有限元分析软件,运用振型分解反应谱法计算进水口在静动力各工况下的变形和应力分布,并对进水塔的整体稳定和基底应力进行了验算。结果表明:在各工况下,进水塔各部位一般应力均在规范许可的范围内,整体稳定及基底应力均满足规范要求,旭龙水电站进水塔结构抗震性能良好。研究成果可为类似进水塔结构设计提供参考。

摩擦振动信号的经验模式分解和多重分形研究

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的定量表征,在摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套—活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)对非线性、非平稳的摩擦振动信号进行分解,获得若干个本征模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF)。根据振幅范围和互相关系数,从EMD的所有IMF中选择反映摩擦振动特征的IMF分量重新合成摩擦振动特征信号,利用改进的多重分形算法对摩擦振动特征信号进行多重分形分析,得到摩擦振动信号的多重分形谱,进一步求取摩擦振动信号多重分形谱的宽度、极大值、维差以及非对称指数。研究结果表明,经验模式分解能够实现微弱摩擦振动特征信号的提取,多重分形谱参数可以作为摩擦振动信号的特征值。

关于桥梁抗震设计规范反应谱若干问题

从桥梁抗震设计反应谱分析与设计角度出发，讨论了当前我国《桥梁抗震设计规范》

Hilbert-Huang变换在密频结构阻尼识别中的应用

Hilbert Huang变换是一种新的数据处理方法,由经验模分解(EmpiricalModeDecomposition)技术及Hilbert变换两部分组成。本文研究此方法对于密频结构阻尼识别的应用。首先对于两自由度系统模型,说明该方法用于阻尼识别的步骤。进而研究存在频率密集现象的高层建筑的阻尼识别问题。上述结果与理论值及由半功率带宽法的识别值进行了比较,对比显示Hilbert Huang方法较传统方法具有良好的识别密频结构阻尼的性能,适用于大型结构的系统识别。

Hilbert-Huang变换在爆破震动信号分析中的应用

介绍了Hilbert Huang变换(HHT)法的原理、内容和优越性,并用仿真信号进行实例分析,以验证其关键技术经验模态分解(EMD)的高效性、自适应性,以及其时频图能定量地描述时间与瞬时频率的关系。用HHT法对爆破震动信号进行分析与处理。研究结果表明:EMD能很好地按不同的时间尺度对信号进行分解,分解后的固有模态函数能反映信号本身所固有的特性;能将Hilbert能量谱中的信号能量清晰地表示在时间-频率-能量的分布图上;HHT法能有效地提取爆破震动信号的时频特征;HHT法比小波分析更具适应性,为爆破震动信号的分析与处理提供了新的研究思路与方向。

基于Hilbert谱信息熵的煤矸放落振动特征分析

针对煤矿安全生产中的综放工作面煤矸界面探测问题,提出利用煤矸下落冲击钢板的振动特征来探测煤矸界面的方法。煤矸振动信号表现出非平稳特征,采用经验模态分解方法将复杂矿井环境下的煤矸振动信号分解成固有模态分量。选择包含煤矸振动特征的前7个本征模函数(IMF)分量,通过Hilbert变换得到Hilbert谱。分析不同放煤状态下钢板振动信号的Hilbert谱发现,顶煤下落时的Hilbert谱分布较均匀,而煤矸混放时的Hilbert谱呈现不均匀分布。根据信息熵理论,提出了基于Hilbert谱信息熵的煤矸振动特征提取方法。试验结果表明,顶煤下落时的Hilbert谱信息熵要大于煤矸混放时的Hilbert谱信息熵,因此,煤矸振动的Hilbert谱信息熵特征能够准确地反映放煤状态。

基于振动信号识别的断路器故障诊断研究

文中搭建了真空断路器试验平台,实现了主轴卡涩等四类机械故障状态。通过将正常及故障状态下的实测振动信号进行经验模态分解,得到所需要的内禀模态函数(intrinsic made function,IMF),利用能量法求出包含主要故障特征信息的各内禀模态函数分量的能量总量。利用IMF分量能量总量作为特征向量,并以此作为支持向量机输入,分析对比了不同分类策略、核函数的分类时间和分类准确率,经实验分析选用"一对其他"分类策略并且核函数为径向基函数的分类效果最优,为研制完善的断路器故障诊断系统提供理论依据及实际的数据基础。

高桩码头叉桩布置形式抗震性能分析

以湛江某高桩码头单个结构段为研究对象,建立空间有限元模型,采用反应谱法对水平地震作用横向、纵向输入进行地震动力响应分析,对比分析了4种叉桩布置形式在不同水平方向地震作用下码头桩基内力受力特性。计算结果表明:桩基横轴对称布置结构在横向水平地震作用时,整体最大位移和桩内力均较小;桩基双轴对称布置形式在不同水平方向地震作用下结构响应比其他形式相对较小。在高桩码头的抗震设计中,叉桩不会碰桩的情况下,采用桩基双轴对称布置形式较为合理。