转子轴承系统振动响应谱的仿真研究

在转子轴承系统振动信号处理中,针对平稳信号的传统傅里叶变换精度较低、快变启动过程的非平稳信号频谱分析方法较复杂的问题,本文仿真构造了两类响应信号。通过对比给定信号参数与信号识别参数的误差研究了几种谱分析方法或过程的简便性和准确性。对转子系统振动平稳信号离散频谱分析时存在的误差进行了定量分析,利用比例插值法对误差进行校正,开发了高精度谱分析测试软件;分析了转子轴承系统快变过程非平稳振动信号的特征,探索了一种将t时空域非平稳信号转变为tn时空间域平稳信号的办法或过程,然后结合比例插值校正法对其进行频谱分析,再返回到t时空域获得某时刻的谱特征参数;构造了转子系统振动仿真信号检验了上述过程的准确性。研究结果表明:比例插值法提取的谱特征数据近乎与仿真信号设定值相等;针对本文构造的快变过程非平稳仿真信号,利用本文给出的谱分析过程产生的频率误差最大值为0.47%,幅值误差最大值为0.2%。本文的仿真研究为提出和考证新的谱分析方法提供了手段。     

基于S变换的非平稳随机过程演变功率谱密度估计

提出了一种基于S变换的估计Priestley非平稳随机过程演变功率谱密度的方法。此方法的根本在于,相对于S变换的"变换核",Priestley非平稳随机过程的调制函数为慢变函数。因此,非平稳随机过程的S变换可视为相位修正后的另一非平稳随机过程。推导出了对应于特定频率点的S变换瞬时均方值和非平稳随机过程演变功率谱密度之间的关系式。将功率谱密度函数表达为有限个频率点的级数展开,通过求解一组代数方程,就能得到级数展开中每个频率点的时变系数,由此,可给出非平稳随机过程的演变功率谱密度。由于级数展开中的高斯形状函数不依赖于时间,因此,本文所提算法具有较高的计算效率。最后,给出了均匀调制和非均匀调制非平稳随机过程演变功率谱估计的算例。     

爆破震动信号的小波分析与HHT变换

以实测的爆破震动信号为例,分别应用小波分析和HHT(Hilbert-Huang Transform)变换从不同方面进行对比分析,讨论了爆破震动信号的特征提取和时频分布。结果表明:小波分析和HHT变换都是处理非平稳信号的两种好方法,都能很好地提取信号的主要特征信息和进行滤波、消噪。然而,小波分析存在选择小波基的困难,而HHT变换不需要预先选择基函数,其EMD（empirical mode decomposition）得到的IMF(intrinsic mode function)能反映原始信号的固有特性,通常具有实际物理意义;小波谱的能量在频率范围内分布较宽,而Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布,大部分能量都集中在有限的能量谱线上;小波分析中时间、频率分辨率受Heisenberg测不准原理的限制,而HHT变换中时间分辨率不变且精度很高,其频率分辨率则可随信号内在的特性进行自适应调节。分析表明:HHT变换在分析非平稳信号时较小波分析更具适应性,在岩石中波的传播、衰减规律、结构动态响应特征和爆破震动破坏等研究中有着广阔的应用前景。     

基于连续小波变换的风速时程特性识别与分析

由于风速时程属于频域宽和频率变化剧烈的时变信号，需用具有良好时频局部化特性和弹性时．频窗口的小波变换进行分析。本文的目的是在风速时程的描述上较全面地了解风速的时频特性。利用小波分析方法在时域和频域的良好局部化性质，聚焦到风速时程的任意细节并加以分析，快速、准确地提取样本的局部谱密度特征，特别是对在整个时程记录中，具有相同功率谱但时频内容有差别的风速时程。用小波变换分析试验得到的风速时程，并研究和识别试验得到的曲线和实测风速曲线的时频特性、能量关系和局部谱密度特征。     

基于改进匹配追踪算法的化爆地震波信号时频特征提取

通过化爆地震波信号的时频分析可以获取丰富的地下岩层信息,为进一步的化爆地震波特性研究提供支撑。本文中利用爆炸地震波信号的非平稳随机特性,提出一种改进的匹配追踪算法(matching pursuits),该方法能更有效地获取化爆地震波信号的时频信息。该算法首先对地震波信号进行Hibert变换,将其转换成复数信号,获得爆炸地震波信号瞬时频率相位参数,再进行子波分解,从而显著提高了匹配追踪算法的运算速率;用分解后的信号计算其魏格纳威利分布(Wigner Ville distribution),有效地消除了交叉干扰项的影响。将该方法用于实测地震波信号的时频分析,获得了分辨率较高的时频分布图,且运算速率大大提高。     

基于相位差谱的空间相关非平稳地震动场的模拟

地震动的非平稳特性主要是由其相位差谱决定的,相位差谱与相位导数之间存在线性倍数关系。根据相位导数的显式计算公式,从能量的角度解释了相位导数的均值大致决定了时程峰值的发生时刻,相位导数的方差决定了强震段的持续时间。在相关地震动场模拟方法中,首次将相位差谱的统计模型引入空间相关非平稳地震动场的模拟方法之中,利用快速傅立叶变换技术生成地震动场。表示地震动随机特性的随机相位谱利用相位差谱的统计模型生成,生成的地震动场不仅具有空间相关性,而且在时域、频域内均具有非平稳特性。     

大跨悬索桥三维非平稳耦合抖振分析

基于Priestley(1967)演变功率谱模型，并采用Lin和Yang(1983)的建议，建立了脉动风速的非平稳功率谱模型。依据此模型，采用三维有限元法，建立了大跨桥梁非平稳耦合抖振运动方程。然后，将虚拟激励法和精细时程积分法相结合，建立了求解桥梁三维非平稳耦合抖振运动方程的快速算法。以某大跨悬索桥为例，分析了该桥的非平稳耦合抖振响应，并与平稳耦合抖振响应进行了比较。计算结果表明：随着脉动风速平稳部分持时的增大，非平稳抖振分析结果逐渐收敛于平稳抖振分析结果；但若脉动风速的平稳部分持时较短，非平稳抖振分析结果将低于平稳抖振分析结果。     

建筑结构基于Clough-Penzien谱的随机地震动响应的简明解析解法

针对建筑结构基于Clough-Penzien(C-P)谱下的结构随机地震动响应既有方法复杂的现状,提出了一种简明解析法.C-P谱是将场地的地震动看作基于白噪声激励的两个关联的滤波方程,较准确地模拟场地的平稳地震动特征.首先,提出将C-P谱滤波方程组与建筑结构的运动方程联立,实现了不易求解的非白噪声激励精确转化为简明的白...     

非平稳随机响应的偏相关函数与偏谱

1.引言对于非平稳随机响应,遍历性不复成立,时间平均不再能取代集台平均,因而问题十分复杂:非平稳过程的特点是统计特性随时问而变化。例如,非平稳过程x(t)的时变相关函数定义为     

爆破地震地面运动的演变功率谱密度函数分析

按照Priestly提出的演变随机过程理论，对非平稳随机过程的演变功率谱密度函数进行了理论推导，并给出了定义。在此基础上，建立了基于均匀调制随机过程的爆破地震动演变功率谱密度函数。经对比发现，理论模型计算值与实验测试结果具有较好的一致性。     

Time discretization methods in the computation of unsteady flow

对于不同非定常流动问题, 采用合适的时间离散方法,可有效提高数值精度和计算效率. 本文在总结传统时间离散方法的基础上,对近些年发展的非线性频域法、谐波平衡法、经典时间谱方法、时间谱元法、时间有限差分法等进行了系统地总结.根据离散形式的不同,将上述方法分为时域推进法、频域谐波法、时域配点法和混合方法4大类.首先简要介绍了各类方法的数学思想以及研究进展,并重点比较了(准)周期性非定常流动计算中各方法的精度、效率以及适用范围.然后, 对各种时间离散格式的特点进行总结,并就不同的非定常流动问题如何选择合适的时间离散方法给予了建议.最后, 对这些新型时间离散格式在工程中的应用进行了简要介绍,并对其发展方向进行展望.     

Time frequency spectrum of atmospheric turbulence and sweeping hypothesis

The present study is focused on the structure of time frequency spectrum. A scaling law for Eulerian time frequency spectrum and the corresponding temporal structure function are calculated from the sweeping hypothesis and Kolmogorov's similarity law regarding spatial structure function. An experiment is designed to study this scaling law in the atmospheric turbulent boundary layer. The results well support the conclusion derived from relevant theoretical analysis.     

求解定常势流正命题的全时-空变分有限元法

非定常流动变分原理的建立使得用有限元法来求解多工况点的设计问题成为可能。本文在刘高联的非定常变分理论的基础上，对定常变分问题进行时间相关有限元求解。但由于可压缩非定常位势流动的控制方程是双曲型的，简单地把时间当作同空间一样的物理维来求解是不可行的。而现有的时-空有限元法极其复杂，增加了计算复杂度，使其很难用于工程设计中。为此，文[2、3]提出了求解一维非定常问题的新型时-空有限元法。本文把该方法推广到二维流动，用它求解二维弯管内的流动和翼型绕流问题。计算结果与用定常方法求得的结果几乎重合，说明该方法可以用于多维时间相关求解。     

非定常流动模拟的时间离散方法

对于不同非定常流动问题, 采用合适的时间离散方法,可有效提高数值精度和计算效率. 本文在总结传统时间离散方法的基础上,对近些年发展的非线性频域法、谐波平衡法、经典时间谱方法、时间谱元法、时间有限差分法等进行了系统地总结.根据离散形式的不同,将上述方法分为时域推进法、频域谐波法、时域配点法和混合方法4大类.首先简要介绍了各类方法的数学思想以及研究进展,并重点比较了(准)周期性非定常流动计算中各方法的精度、效率以及适用范围.然后, 对各种时间离散格式的特点进行总结,并就不同的非定常流动问题如何选择合适的时间离散方法给予了建议.最后, 对这些新型时间离散格式在工程中的应用进行了简要介绍,并对其发展方向进行展望.      

用声信号识别构件模态频率

本文提出一种新的模态分析方法—用声信号识别构件模态频率.传声器不与结构表面接触,消除了附加质量的影响.同时,结合时间序列谱分析法改善并提高了响应谱的精度.     

Spectrographic analysis for the modal testing of nonlinear aeroelastic systems

The spectrograph is a signal-processing tool often used for the frequency domain analysis of time-varying signals. When the signal to be analyzed is a function of time, the spectrograph represents the frequency content of the signal as a sequence of power spectra that change with time. In this paper, the usefulness of the technique is demonstrated in its application to the analysis of the time history response of a nonlinear aeroelastic system. The aeroelastic system is modelled analytically as a two-dimensional, rigid airfoil section free to move in both the bending and pitching directions and possessing a rigid flap. The airfoil is mounted by torsional and translational springs attached at the elastic axis, and the flap is used to provide the forcing input to the system. The nonlinear system is obtained by introducing a freeplay type of nonlinearity in the pitch degree-of-freedom restoring moment. The airfoil is immersed in an aerodynamic flow environment, modelled using incompressible thin airfoil theory for unsteady oscillatory motion. The equations of motion are solved using a fourth-order Runge–Kutta numerical integration technique to provide time-history solutions of the response of the airfoil in the pitch and plunge directions. Time-histories are obtained for the nonlinear responses of the linear and nonlinear aeroelastic systems to a sine-sweep input. The time-histories are analyzed using the spectrographic technique, and the frequency content of the response is plotted directly as a function of the input frequency. Results show that the combination of the sine-sweep input with the spectrographic analysis permits a unique insight into the behavior of the nonlinear system with a minimum of testing. It is shown that the frequency of the nonlinear system response is a function of the input frequency and one other characteristic frequency that can be associated with the limit cycle oscillations of the same nonlinear system subject to a transient input.     

转子裂纹识别仿真研究中的小波时频分析方法

谐波共振是识别转子裂纹的重要依据，但由于转子裂纹的弱激励、非线性、非平称稳等特性，导致利用传统信号处理方法不能准确有效地获取系统的谐波共振特性，从而难于识别出裂纹；小波时频分析方法是处理非线性、非平稳信号的强有力工具，将小波时频分析方法引入到裂纹识别的仿真研究中，基于建立的裂纹转子动力学模型，分析了利用小波时频分析方法识别裂纹的可行性。偏心激励转子裂纹故障识别的仿真研究表明了该方法的有效性。     

气固耦合振动叶栅非定常流动分析研究

引入结构动力学方程建立了二维N-S/结构振动耦合方程组,采用双时间法建立了气固耦合方程组的非定常数值求解体系,研究了叶栅间的二维非定常粘性流动及叶栅振动特性。对两种叶型分别计算了不同折合振动频率下的流场,振动叶栅位移随时间变化的曲线表明,采用气固耦合得到的叶栅振动频率与非耦合自振频率相比均有所下降;振动位移-时间曲线在不同振动折合频率下有显著差别。在气固耦合情况下叶栅振动规律及其稳定性与非耦合情形差异较大,因此研究叶栅振动稳定性应当考虑气动/结构的耦合。     

水下连续脉冲冲击波的声学特性

为探求金属爆炸索在水下爆炸声源研究领域的应用前景,设计了一种可以连续产生若干个脉冲冲击波的装置,称之为水下连续脉冲冲击波发生装置。利用小波分析对该装置产生的连续脉冲冲击波信号进行分解与重构,考察其频谱特性,并进一步分析了信号的声压级特性。结果表明:该装置产生的信号声压级较高,具有很强的声功率;信号包含频率十分丰富,雷管和金属爆炸索由于装药结构及传爆方式的不同,爆炸所产生的冲击波频谱特性也有所差异。雷管爆炸产生的冲击波主要分布在15.6 kHz以下的频带内,金属爆炸索爆炸产生的脉冲冲击波信号则主要分布在62.5 kHz以下的频带内;脉冲冲击波的个数和声持续时间可由爆炸索的排列方式和长度控制,脉冲冲击波间的时间间隔可调,发生装置稳定易控