基于EMD的灰色模型的疲劳剩余寿命预测方法研究

工程上的振动信号多为非线性非平稳信号,为了利用工程振动信号预测机械产品的疲劳剩余寿命,提出改进的经验模态分解方法对振动信号进行分解,分离故障特征频率到某本征模态函数中,计算全寿命周期各阶段故障特征频率所在本征模态函数的均方根值、峭度等时域特征指标,将其作为刻画机械产品健康状态的退化特征量,形成退化特征量序列,根据经验设定机械产品完全失效对应的退化特征量阈值。用退化特征量序列训练灰色模型,然后用训练好的灰色模型预测退化特征量的变化趋势,判断不同退化特征量用于刻画机械产品退化过程的可行性,估计可用退化特征量达到退化特征量阈值的时间并据此预测机械产品的剩余疲劳寿命。通过6205深沟球轴承全寿命周期振动信号对其进行验证,结果表明,可用的退化特征量结合该方法可以有效地预测小型球轴承的疲劳剩余寿命。

一维粘弹材料周期结构的振动带隙研究

采用迭代法改进了一维声子晶体带隙特性计算的平面波展开(PWE)算法,以使其适用于组成材料粘弹性所导致的弹性常数随频率非线性变化的特性。将该算法应用于丁腈橡胶(NBR)和钢组成的两种结构尺寸的一维周期结构声子晶体振动带隙的研究中,理论计算和振动测试结果吻合理想。进一步的理论分析表明,橡胶材料的储能弹性模量随频率的单调增加,使得在保持禁带开始频率不变的同时大大加宽了禁带范围,在3 mm钢/10 mm NBR以及7 mm钢/10 mm NBR两种周期结构一维声子晶体中禁带宽度分别增加了36.4％和34.0％。

基于有向图故障树自动建树方法的规范化描述及其应用研究

基于有向图的建树方法是目前故障树自动建树研究中最常用的方法之一 ,但其有效性多年来一直存在争议 ,其主要原因在于采用传统的专家定义的算子进行建树推理时 ,算子定义不规范 ,导致对系统复杂的控制结构适应能力不强 .该文利用人工智能的原理 ,对定性推理逻辑进行了必要的扩展 ,提出了建树过程的形式化描述 ,在此基础上将故障树的建树问题转化为一个约束满足问题 (CSP) ,从而可利用比较成熟的算法来解决上述问题 .针对实际问题的例证说明了这一过程 .研究表明 ,文中所提出的方法更便于计算机自动处理 ,减少建树过程中的人为失误 ,可有效地提高故障分析效率 .

核主元分析中核函数参数选优方法研究

提出一种基于矩阵相似度的核函数参数选优方法,首先给出一种具有较好分类能力的核函数矩阵。然后,利用矩阵间的相似度量关系,在一定范围内寻找能近似此矩阵的核函数参数值。将该方法应用于直升机齿轮箱齿轮故障特征提取中,结果显示经过核函数参数选优的KPCA取得了较好的识别效果。

具有压电分流电路的声子晶体杆振动带隙研究

压电分流电路的电磁振荡可以使声子晶体杆产生局域共振带隙。分析了杆局域共振带隙的形成机理,运用传递矩阵法计算了杆的带隙结构,并对分流电路中电感、电容和电阻对局域共振带隙的影响进行了研究。压电分流电路的电磁振荡可以使压电片的等效弹性模量变为负值,从而使贴有压电片梁的弹性模量减小,当弹性模量实部等于零时,振动无法在杆中传播,形成局域共振带隙。通过改变分流电路中电感和电容参数可以方便的调节局域共振带隙的位置,为声子晶体带隙的主动控制提供一种新的方法。

Jeffcott转子碰摩故障试验研究

针对工程实际中遇到的机组转子碰摩故障开展了试验研究。通过大量的试验 ,观测到了工作转速低于一阶临界转速时 ,转定子局部碰摩引起的倍频振动 ;高于一阶临界转速时 ,局部碰摩引起的分频振动以及某些转速段内出现的异频伪共振现象。试验结果与基于碰摩力模型的仿真结果定性一致。试验还表明 ,异频伪共振是高速工作的转子发生碰摩时的主要振动成分 ,这一结论对诊断和抑制高速转子的异常超标振动有积极意义。

一维声子晶体振动带隙的带边模式研究

从一维声子晶体的波动方程出发,选用保持晶格对称性的原胞对声子晶体的能带结构进行解析分析。结果表明一维声子晶体带隙边缘的振动模式与其单个对称性原胞的固有振动模式完全一致,从而对一维声子晶体带隙特性的分析可以简化为对其单个对称性原胞固有模式的分析。研究表明,一维声子晶体中的振动模式是其各对称性原胞固有振动模式相互作用的耦合模式,在带隙边缘由于布拉格散射出现解耦效应,振动模式为解耦的驻波模式,从而与单个对称性原胞的固有振动模式一致。以有机玻璃及铝构成的声子晶体细直梁为例,采用振动试验对其振动传输特性进行测试,试验结果同理论分析结果基本吻合。这为声子晶体复杂梁杆结构的带隙特性研究及减振降噪设计提供了新的、简化的思路。

基于键合图的内燃机工作过程建模研究

内燃机是一个热力系统与机械系统耦合的动力装置,传统建模方式往往局限于对各能域单独列写方程,通过中间变量联立求解;由于热动力分析的复杂性,建模受到了一定限制。为此,研究提出了基于键合图的内燃机建模方法,以统一方式建立了规则化的多能域并存系统模型。从功率变换与守恒的角度,分析了内燃机工作过程中机械功、热传递、质量迁移3种能量作用,建立了气缸C-场的热力键合图模型,以及曲柄连杆机构的机械平动与转动模型。通过分析全过程的键合图模型,导出了系统的状态方程。利用某型柴油机的结构参数进行了动力学仿真,验证了该方法的有效性。

冗余并联机构的分类研究

在对并联机构的拓扑结构进行分析的基础上 ,提出了一种新的冗余并联机构的分类方法 ,即把冗余并联机构分为位形空间冗余 ,驱动冗余和末端执行器冗余三种类型。这种新的分类方法可以使我们对并联机构冗余的定义有明确的认识 ,并将有助于对冗余并联机构的研究和应用。

周期弹簧振子结构振动带隙理论与实验研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动 (弹性波 )带隙特性 ,即带隙频率范围内的振动 (弹性波 )无法在该结构中进行传播。本文首先计算了无限周期弹簧振子结构振动 (弹性波 )带隙 ,进而采用数值方法对有限周期弹簧振子结构的振动传输特性进行了仿真计算 ,最后对双质量周期振子结构进行了试验验证。理论计算结果、仿真结果和试验测试结果相互吻合 。

机电设备BIT虚警问题的传感层影响因素分析和数学模型分析

机内测试 (BIT)系统的虚警率是影响 BIT正常使用的主要问题之一。与电子系统相比 ,由于机电设备的功能和结构的复杂性使得其测试性问题更复杂 ,其中的虚警问题更加突出。研究以机电设备 BIT系统为背景 ,从传感层对虚警率的影响因素着手 ,进行系统分析。首先基于 BIT系统传感层的物理特性分析虚警率的影响因素并进行归纳和提炼 ;其次 ,提出 BIT虚警率的分析模型 ,基于该模型分析结果 ,为降低 BIT系统中的虚警率 ,提出嵌入 BIT传感层数据异常检测和恢复功能的 BIT改进模型 ,并分析了该模型的有效性 ,导出改进模型中影响虚警率的主要特性参数。最后在某船舶动力装置 BIT系统中进行了初步验证。

基于PZT的故障监测技术研究

以桥梁模型为例,利用锆钛酸铅(PZT)材料的动态响应特性,当对PZT驱动器施加一定频率的激励使被测构件产生振动的同时,采集和识别PZT传感器信号,即可实现其故障监测。该项技术的关键是,通过计算法和试验法选取驱动器的激励频率,获取正常及故障状态时的响应模型并建立故障识别数据库,然后用实际系统和故障识别数据库中的数据进行比较,从而确定系统是否发生故障及故障类别。

并联机构位形空间的拓扑结构研究

采用微分拓扑和微分流形为数学工具,分析了并联机构位形空间的拓扑结构特点,阐述了位形空间奇异点与拓扑结构的关系,并以典型的平面和空间并联机构为例进行了具体地分析。

动态振动位移的高速精密测量方法研究

为了克服常规位移测量计数器测量的动态范围窄的缺点 ,介绍了一种能够精密测量振动位移的方法。该方法采用莫尔条纹技术测量位移 ,通过高速数据采集和高速信号处理 ,能够测量机械结构的大幅度、宽动态范围的振动位移。由于振动位移的方向随时改变 ,测量时对鉴向的要求比较高。本文提出了一种莫尔条纹计数细分方法 ,可以完成高速鉴向及可逆计数。该方法具有量程大分辨率高、响应速度快。

基于未知输入观测器的故障检测诊断降虚警研究

对基于模型的故障检测与诊断中的虚警问题进行了研究,系统地分析了其发生机理,给出了一种基于未知输入观测器生成残差的方法,该方法能够在确保故障检测率要求的同时,使虚警率最小,仿真结果验证了方法的有效性。

基于绕封模型的故障特征选择方法研究

在机械故障诊断中,基于原始大特征量的故障状态识别会导致识别精度的下降。特征选择可以去除原始特征中的冗余特征,提高诊断精度。但以前广泛应用的基于过滤模型的特征选择方法不能满足进一步提高精度的要求。针对此问题,提出使用基于绕封模型的故障特征选择方法,它采用遗传算法对特征集寻优,样本划分法进行错误率预测估计和BP神经网络学习算法进行分类。轴承诊断实例证明,此方法有较好的寻优特征子集的能力,可以提高系统的诊断精度。

机械产品BIT系统的结构设计研究

研究了机械产品 BIT 结构设计的方法。借鉴电子产品 BIT 与机械设备状态监测与故障诊断系统结构设计技术,以典型传动系统为对象,在故障分析、模块划分、确定方案的基础上,分别对信息获取、信号处理、诊断决策3方面的结构设计中应考虑的问题和设计内容进行了分析,给出了机械产品 BIT 系统的一般结构。

基于负压波分析的油管检漏技术研究

武器装备中,油管渗漏是重复和多发故障,故提出基于负压波分析的油管检漏技术。该技术通过建立油管各工况波形模式库,获得待识别波形的结构特征和相应符号描述模式。把压力传感器和超声波流量计安装在油管上,采用峰点、谷点、峰点序列、谷点序列、直线序列、统计直线序列、主导峰、从属峰、支配强度、从属度定义波形要素,对油管运行状况的压力、流量、温度等进行信号采样,提取负压波形特征信息,用上下文无关文法对负压波波形进行描述。再把含有泄漏信息的负压波信号经A/D变换后送入计算机即可判明故障,从而实现对油管泄漏的检测和诊断。

机电设备BIT系统中虚警问题的数学模型分析

BIT虚警率是影响BIT正常使用的主要问题之一。与电子系统相比,由于机电设备的功能和结构的复杂性使得其测试性问题更复杂,其中的虚警问题更加突出。本文以机电设备BIT系统为背景,基于BIT系统处理流程对虚警率的进行建模,并对其影响因素进行系统分析。提出BIT虚警率的分析模型,基于该模型分析结果,为降低BIT系统中的虚警率,提出嵌入数据异常检测和恢复功能的BIT改进模型,并证明了该模型的有效性,导出改进模型中影响虚警率的主要特性参数,从而为实现降低虚警率的技术研究提供理论指导。

新型电磁式自动平衡装置的研究

传统自动平衡装置采用双步进电机驱动和齿轮减速 ,在结构可靠性、高速稳定性等方面存在一定的缺陷。对此 ,本文采用双平衡块同步驱动和异步分时驱动的方法 ,设计了一种新型电磁式自动平衡装置 ,能大量减小装配空间、降低驱动能耗 ,并能实现无能耗自锁。试验表明 ,在 40 0 0r s的转速下 ,该平衡装置能稳定工作 ,补偿精度达到 0 .2 7μm ,因此具有一定的工程应用价值。