检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2024年第3期56卷 832-846页

作者：张波张文博彭志科宁夏大学机械工程学院银川750021 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

非线性输出频率响应函数是线性系统理论中频率响应函数在非线性系统中的一种推广,越来越多的学者已将其应用在结构损伤检测及故障诊断中.基于Volterra级数理论与由非线性微分方程描述的单输入单输出非线性系统的广义频率响应函数递归计... 详细信息

非线性输出频率响应函数是线性系统理论中频率响应函数在非线性系统中的一种推广,越来越多的学者已将其应用在结构损伤检测及故障诊断中.基于Volterra级数理论与由非线性微分方程描述的单输入单输出非线性系统的广义频率响应函数递归计算公式,利用多重积分性质和多维傅里叶变换,将广义频率响应函数映射到了一维频域中,推导出了一类非线性系统的广义伴随线性方程计算公式.研究表明,这类系统的第n阶非线性输出响应是以系统输入激励和前n-1阶非线性输出响应的组合函数作为广义激励作用到系统各阶广义伴随线性方程中的输出响应,最后通过求解一系列线性微分方程可得到这类非线性系统的任意阶非线性输出响应,其结果弥补了伴随线性方程无法求解这类非线性系统的不足.同时,针对广义伴随线性方程的数值计算问题,论文提出了一种耦合计算法,提高了计算非线性输出响应的精度,为非线性输出频率响应函数的计算提供了一种新思路.最后利用广义伴随线性方程与线性算子理论研究了两种典型非线性系统中非线性现象产生的原因,研究结果为非线性系统的分析与设计提供了一种有效途径.

关键词：非线性输出频率响应函数广义伴随线性方程广义频率响应函数非线性振动 Volterra级数

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稀疏测度和复杂性测度及其在设备健康监测中的研究进展

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机械工程学报 2025年第1期61卷 123-139页

作者：王冬侯炳昌王玉婷夏唐斌彭志科奚立峰上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 宁夏大学机械工程学院银川750021

机械设备健康监测对于保障机械设备的健康运行起着至关重要的作用,其核心技术之一为故障特征提取。由于机械故障信号时域和频域具有稀疏性,因此基于稀疏测度和复杂性测度的故障特征提取被广泛应用于机械设备健康监测中。过去在机械设备... 详细信息

机械设备健康监测对于保障机械设备的健康运行起着至关重要的作用,其核心技术之一为故障特征提取。由于机械故障信号时域和频域具有稀疏性,因此基于稀疏测度和复杂性测度的故障特征提取被广泛应用于机械设备健康监测中。过去在机械设备健康监测领域主要是通过实验研究手段对稀疏测度和复杂性测度进行研究,缺乏足够的理论基础支撑。本研究主要总结和回顾了近年来稀疏测度和复杂性测度理论基础研究方面的新进展,并把其与设备健康监测研究结合进行阐述,利于机械设备监测领域的研究人员充分理解:①稀疏测度广义数学框架;②准算数均值比构建新型故障特征统计量;③新型稀疏测度与故障特征统计量构造;④稀疏测度性能比较;⑤改进稀疏测度;⑥稀疏测度与复杂性测度理论差异。通过稀疏测度与复杂性测度应用案例对比了稀疏测度和复杂性测度的应用效果。最后,研究展望给出了稀疏测度和复杂性测度在机械设备健康监测领域的未来发展方向。

关键词：稀疏测度复杂性测度峭度熵基尼指数相关维度近似熵模糊熵样本熵设备健康监测

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齿轮轴孔位置误差作用下行星齿轮啮合相位波动及其统计特性预测

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机械工程学报 2024年第15期60卷 123-133页

作者：代鹤罗顺安龙新华李元訾斌合肥工业大学机械工程学院合肥230009 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

针对啮合相位波动问题,建立了计及齿轮轴孔位置误差的行星齿轮时变啮合相位模型,推导了位置误差影响下时变啮合相位的解析计算公式。为建立齿轮轴孔位置误差公差带同啮合相位波动偏差之间的定量关系,提出了基于蒙特卡洛法的啮合相位波... 详细信息

针对啮合相位波动问题,建立了计及齿轮轴孔位置误差的行星齿轮时变啮合相位模型,推导了位置误差影响下时变啮合相位的解析计算公式。为建立齿轮轴孔位置误差公差带同啮合相位波动偏差之间的定量关系,提出了基于蒙特卡洛法的啮合相位波动偏差统计分布预测模型,基于容差范围内随机分布的3σ原则,得到了啮合相位波动偏差的上下限阈值。进一步地,采用数值仿真分析了不同齿轮轴孔位置误差对啮合相位的影响规律。最后,提出了一种基于齿根应变的啮合相位测量方法。仿真和实验结果表明,所提模型可以有效预测齿轮轴孔中心位置误差造成的啮合相位偏差,并为齿轮位置误差公差设计和行星齿轮系统的减振设计提供指导。

关键词：行星齿轮啮合相位位置偏差相位波动蒙特卡洛法

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基于共形几何代数的并联机器人逆运动学分析方法

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农业机械学报 2024年第3期55卷 421-430页

作者：柴馨雪李翔毅汤陈昕李秦川徐灵敏浙江理工大学机械工程学院杭州310018 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

运动学分析是并联机器人运动学性能评估和结构尺寸优化的基础。现有并联机器人运动学分析方法存在几何建模与几何计算相分离的问题,本文利用共形几何代数(Conformal geometric algebra, CGA)集几何表示和计算为一体的优势,提出一种并联... 详细信息

运动学分析是并联机器人运动学性能评估和结构尺寸优化的基础。现有并联机器人运动学分析方法存在几何建模与几何计算相分离的问题,本文利用共形几何代数(Conformal geometric algebra, CGA)集几何表示和计算为一体的优势,提出一种并联机器人逆运动学分析方法。根据动平台位姿参数给出动平台刚体运动算子,通过共形几何代数框架下的几何积实现动平台上任意点的刚体变换,得到任意点在运动过程中的共形几何表达式;结合机构中尺寸、几何约束,利用内积运算,建立机构运动学方程;根据运动学方程,进行运动学反解计算和速度分析。以3自由度的3-RPS并联机器人和6自由度6-UPS并联机器人为例,对所提方法进行验证,并将逆运动学推导结果与仿真软件所得结果进行了对比,验证了本文提出方法的正确性。该方法将空间向量和旋转表示等几何对象与矩阵乘法、矢量外积等计算方式相结合,使得并联机器人空间几何问题统一在一个代数系统中进行处理,因此分析过程几何直观性较强,简化了运动学逆解分析计算过程。

关键词：并联机器人共形几何代数运动学分析

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一种面向机械设备故障诊断的可解释卷积神经网络

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机械工程学报 2024年第12期60卷 65-76页

作者：陈钱陈康康董兴建皇甫一樊彭志科孟光上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所上海200240 宁夏大学机械工程学院银川750021

卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)以其强大的特征提取和分类能力,被广泛应用于机械系统故障诊断任务中。但CNN是一个典型的“黑箱模型”,其决策机理和分类依据并不明确。这不仅降低了智能诊断结果的可信性,还限制了在高... 详细信息

卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)以其强大的特征提取和分类能力,被广泛应用于机械系统故障诊断任务中。但CNN是一个典型的“黑箱模型”,其决策机理和分类依据并不明确。这不仅降低了智能诊断结果的可信性,还限制了在高可靠性要求故障诊断中的应用。针对这一问题,具有物理意义的Chirplet变换被引入到传统卷积层中,形成具有优异可解释性的Chirplet卷积层和Chirplet-CNN,进而提出将Chirplet-CNN用于故障诊断的完整流程。一系列试验表明,Chirplet-CNN以其提取时频特征的特点,不仅拥有和当前先进方法相近的优异故障诊断能力,而且在可解释性方面具有突出表现,即能够通过频谱分析对CNN提取类别特征和做出判断的频带依据进行解释。此外,进一步的分析结果表明,所提出的Chirplet卷积层具有良好的通用性,与不同深度的CNN模型进行组合,均能有效提高其诊断精度并获得不错的解释结果。

关键词：卷积神经网络可解释性 Chirplet变换时频变换深度学习故障诊断

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机械传动系统含偏差频率分量协同检测与分解方法

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机械工程学报 2024年第15期60卷 100-112页

作者：于小洛杨阳杜明刚何清波彭志科上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 中国北方车辆研究所北京100072 宁夏大学机械工程学院银川750021

传动系统故障诊断对于保障装备可靠运行具有重要作用,信号分解是传动系统故障特征提取的重要技术手段。由于传动误差、零部件惯性、频率分辨率等,传动系统振动信号的部分分量实测频率往往与根据运动学关系计算的理论频率存在偏差,且分... 详细信息

传动系统故障诊断对于保障装备可靠运行具有重要作用,信号分解是传动系统故障特征提取的重要技术手段。由于传动误差、零部件惯性、频率分辨率等,传动系统振动信号的部分分量实测频率往往与根据运动学关系计算的理论频率存在偏差,且分量的存在性判定问题通常被忽略。上述局限导致主流的信号分解方法在处理含偏差频率分量时,面临分解精度及物理可解释性方面的共同挑战。对此,提出一种针对传动系统含偏差频率分量的协同检测与分解方法,借助信号分量间固有的谐波关系对含偏差频率分量进行协同检测,并判定其存在性;协同检测的结果能够进一步作为信号分解的基础,分解精度相比未经协同检测的现有方法大幅提升。通过三个实际应用案例验证了所提方法对平稳工况及非平稳工况下的传动系统信号特征提取的有效性。

关键词：协同检测故障诊断传动系统信号分解

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基于谱幅融合广义健康指数的可解释装备退化评估优化模型研究进展

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机械工程学报 2024年第18期60卷 1-16页

作者：严彤彤王冬彭志科雷亚国上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 宁夏大学机械工程学院宁夏750021 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049

针对装备全生命周期退化评估所需的健康指数存在构建过程繁琐且未考虑退化特性、构建模型和学习权重物理难解释、退化趋势可分性和单调性不显著以及难以同步实现装备状态监测、早期故障诊断和退化评估等问题,总结近年来基于谱幅融合广... 详细信息

针对装备全生命周期退化评估所需的健康指数存在构建过程繁琐且未考虑退化特性、构建模型和学习权重物理难解释、退化趋势可分性和单调性不显著以及难以同步实现装备状态监测、早期故障诊断和退化评估等问题,总结近年来基于谱幅融合广义健康指数的可解释装备退化评估优化模型研究成果,探讨基于退化特性和故障特征稀疏性的两类典型可解释广义健康指数权重优化模型及其应用效果。该类优化模型核心思想是将谱幅(如频域幅值或包络谱域幅值)加权和定义为广义健康指数,然后基于可分性、单调性等退化特性和故障特征稀疏特性推导出相关的多种广义健康指数权重凸优化模型。与现有模型相比,所提出的基于谱幅融合广义健康指数的可解释装备性能退化评估优化模型具有以下特点:①仅需工程常用的傅里叶变换或希尔伯特变换作为原始数据预处理方法,避免使用复杂信号处理算法及其参数优化过程;②广义健康指数权重凸优化模型构造来源于退化特性和故障特征稀疏性的凸优化描述,因此权重优化模型具有可解释性和全局最优解;③优化的谱幅权重具备频域故障物理可解释性,谱幅权重可定位信息频率带并揭示故障特征频率来支撑广义健康指数退化评估合理性;④基于谱幅加权的广义健康指数可同时实现装备状态监测、故障诊断和退化评估三重目的,利于高效实施装备智能运维。最后,对基于谱幅融合广义健康指数的未来研究方向进行充分探讨。

关键词：广义健康指数谱幅融合退化特性稀疏性装备退化评估凸优化

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振动能量采集与振动控制序

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力学学报 2023年第10期55卷 2091-2093页

作者：张文明赵林川邹鸿翔上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 湖南工程学院机械工程学院湖南湘潭411104

振动是自然界中常见的现象,振动超过一定限度时,会对人体、设备和设施造成损伤.研究人员一般从两个方面处理振动:一方面采用振动控制技术,包括吸振、隔振、减振等,降低从振动源传输到主体的振动能量;另一方面采用能量采集技术,将振动能... 详细信息

振动是自然界中常见的现象,振动超过一定限度时,会对人体、设备和设施造成损伤.研究人员一般从两个方面处理振动:一方面采用振动控制技术,包括吸振、隔振、减振等,降低从振动源传输到主体的振动能量;另一方面采用能量采集技术,将振动能量转换为电能,并储存起来为低功耗电子设备供电,即能量的重新分配与利用.振动能量采集与振动控制具有相通的力学原理与方法.近年来研究者们对振动能量采集与振动控制进行了深入研究,实现自供能传感、重大装备减振降噪、自反馈振动控制等,促进我国高端智能化装备研制,助力国家“双碳”目标实现.

关键词：振动能量采集振动控制设备供电振动源减振降噪自反馈自供能

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融合场景的产品绿色设计方案建模与优化

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机械工程学报 2025年第3期61卷 40-51页

作者：郭婧王黎明戚进胡洁孔琳山东大学机械工程学院济南250061 上海交通大学机电设计与知识工程研究所上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 山东科技大学机械电子工程学院青岛266590

机电产品的制造和使用过程会耗费大量的资源和能源,同时会产生大量的污染物排放,从而导致严重的环境污染问题。使用全生命周期的设计方法可以最小化产品对环境的负面影响,进而提高产品品质和可持续性。因此,提出基于有向网络结构的产品... 详细信息

机电产品的制造和使用过程会耗费大量的资源和能源,同时会产生大量的污染物排放,从而导致严重的环境污染问题。使用全生命周期的设计方法可以最小化产品对环境的负面影响,进而提高产品品质和可持续性。因此,提出基于有向网络结构的产品绿色设计方案表达方法,实现产品全生命周期设计相关的功能域、结构域、工艺域以及材料域信息的有效集成以及与全生命周期阶段的多域关联映射。建立了基于集合理论的生命周期场景表达方法,并通过设计节点接口的逐级匹配,构建了融合生命周期场景的设计方案表达模型。针对所建立的产品绿色设计网络模型的特点,使用融合剪枝策略的深度优先搜索算法,通过对设计网络模型中各个设计节点的遍历,实现了初始设计方案个体的生成。针对设计方案个体中设计节点之间相关联的特点,制定了基于邻接实数矩阵的编码策略。通过设置的差分进化算子,以满足产品生命周期场景的环境约束为条件,完成了2.5 MW风力发电机设计方案的优化。

关键词：绿色设计设计方案表达模型差分进化算法

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基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取

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振动与冲击 2023年第17期42卷 203-209,283页

作者：位莎杨阳杜明刚何清波彭志科上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 中国北方车辆研究所车辆传动国家重点实验室北京100072 宁夏大学机械工程学院银川750021

针对强背景噪声下的特征提取问题,提出一种基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取方法。对目标特征频率进行瞬时频率的初步提取;利用傅里叶基函数对初始瞬时频率进行拟合,得到所需特征频率的瞬时频率;根据提取出的瞬时频率和瞬时幅值重... 详细信息

针对强背景噪声下的特征提取问题,提出一种基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取方法。对目标特征频率进行瞬时频率的初步提取;利用傅里叶基函数对初始瞬时频率进行拟合,得到所需特征频率的瞬时频率;根据提取出的瞬时频率和瞬时幅值重构出提取后的频谱图,从而达到对噪声进行抑制并准确提取所需特征频率的目的。使用仿真信号验证了该方法的有效性,对齿轮传动系统中行星齿轮箱振动数据、轴承外圈故障振动数据及轴承外圈早期故障进行试验分析。结果表明,该方法能有效提高信号的信噪比,准确提取特征频率,增强故障特征。

关键词：参数化滤波特征频率提取故障诊断信号分解

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