短时最大熵谱（STMEM）谱阵的时频分析研究

非平稳信号的频谱分析, 一直是信号处理领域的一个难题,本文提出的短时最大熵谱谱阵的时频分析则可以实现非平稳信号的频在时频分析方面会有特殊的影响和作用。     

基于奇异值分解的航空发动机转子碰摩故障特征提取方法

提出了利用奇异值分解(SVD)提取航空发动机转子碰摩故障特征信号的方法,通过数值仿真得到,奇异值分解方法可以非常有效地将各种不同特征信号完全提取分离,论证了该方法的可行性。然后以某型国产航空发动机在试车台开车过程中某稳定状态的转子振动测量数据为基础,利用奇异值分解的优选差分谱理论对振动信号进行了降噪处理;根据傅里叶变换频谱图中各频率点峰值与奇异值分解差分谱峰值序列相对应的特点,对降噪后振动信号进行了特征提取,实现了转子系统的碰摩故障特征信号的提取。实际结果表明,该方法能够有效地诊断转子系统碰摩故障及提取相应的故障特征信号。     

转子系统振动变参控制中的瞬态响应

本文以可变参数的挤压油膜阻尼器作为控制元件，研究了转子在稳态转速及加速运动过程中进行变参控制时的瞬态响应问题。结果说明了对转子系统的振动进行分段变参控制，无论是在稳态还是在加速运动过程中，一般都可以取得满意的控制效果，不仅可以减小转子系统的振动，而且还可以使转子系统平稳地通过具有较大振动的共振区，但变参位置不应在多值转速区内。     

振动频谱再分析的模糊模式识别法

本文首先讨论工程振动信号频谱再分析技术,针对所存在问题,提出模糊式识别再分析方法,以滚动轴承振动成因研究中的谱分析为例,具体介绍了频谱的峰值频率分布模式,模糊子集及隶属函数的确定,以及综合评判的识别过程,最后给出一具体计算结果。     

基于Hilbert-Huang变换理论的结构振动主动变刚度频率控制

在主动变刚度(AVS)控制策略的基础上,提出一种新的结构振动控制主动变刚度频率控制算法。首先利用Hilbert-Huang变换理论将地震信号分解为有限数量的固有模态函数(IMF),再对这些IMF求解瞬时频率,进而获得信号的时频谱。由地震信号的瞬时频率与结构固有频率构造AVS控制切换准则,当两者频率接近时,AVS装置改变结构的刚度以抑制地震激励下的结构响应。选取两个建筑结构的Benchmark模型作为算例给出仿真分析,结果表明该方法能有效地控制受控结构的地震响应。     

非线性转子——轴承系统1／2亚谐共振全局分岔研究

本文以采用短轴承模型的具有不平衡质量单园盘非线性刚性转子－－轴承变研究对象，利用中心流形定理和平均法相结合的方法，以及Ｔａｋｅｎｓ又特性值理论方法，在其临界点处对其有１／２亚谱共振情况下的周期振动、调幅和调相振动、以及同窠、异宿轨道的分岔性态进行了研究，给出了控制系统稳定运行的结构参数区域，为大型复杂转子系统的油膜失稳控制提供了某些理论依据。     

基于峭度的转子振动信号盲分离

推进器发动机在运行时存在多个不同振源信号相互重叠的情况,这些振动源信号难以用常规的方法分离开来,这对于试车时正确判断振动源十分不利.本文在独立分量分析(ICA)的基础上,建立了一种基于峭度的快速定点抽取算法,并给出了具体实现步骤.仿真分析验证了算法的有效性,并体现了该算法具有迭代次数非常少的显著优点(3～15次).进一步研究发现了多源信号盲分离的局限性和混合矩阵的病态情况对盲源分离效果的影响.在本文的最后,将所建立的算法应用到转子振动信号的盲分离中,成功地将各个源信号分离出来,表明所建立的算法对转子振动信号的盲源分离具有优良的性能.这为振动源信号的盲源分离打下了基础.     

摩擦振动信号谐波小波包特征提取

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副摩擦磨损试验,应用谐波小波包变换分析了不同磨损状态下的摩擦振动信号.结果表明:谐波小波包变换可提取微弱的摩擦振动特征.当磨损机制为轻微的黏着磨损时,摩擦振动信号的频谱以边频为主,没有明显的固有频率,平均幅值小;当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦振动信号的频谱出现较大峰值的固有频率,但仍存在大量的边频,平均幅值变大;当磨损机制以疲劳磨损为主时,摩擦振动信号频谱的固有频率更加明显,边频显著减弱,平均幅值最大.因此,谐波小波包变换可实现微弱摩擦振动信号的特征提取.     

基于谐振器激励的轴承故障动力学建模研究

考虑轴承故障动力学中的高频共振以及故障激励特点,提出一种模拟系统高频共振和过渡式故障激励的轴承故障动力学建模方法。基于赫兹接触理论,将轴承部件之间的连接简化为弹簧-阻尼结构,并加入谐振器以模拟故障的宽频激励所引起的系统高频共振,从而建立轴承六自由度动力学模型。另外,传统的故障瞬变激励方法难以反映滚动体经过滚道故障的过程,考虑到滚动体与故障接触的实际情况,给出一种过渡式的故障激励方法。以传动链平台上的6304深沟球轴承为例,对轴承外圈故障下的振动响应特性进行仿真和数据处理,其仿真结果与轴承故障实测信号对比相符,仿真信号故障一阶特征阶次与理论值误差约为0.016 7%,表明模型具有一定的准确性和可靠性。     

基于小波包能量谱爆炸参量对爆破振动信号能量分布的影响

基于现场实测爆破振动数据,根据爆破振动信号具有短时非平稳的特点,采用小波包分析技术对不同爆炸参量(爆心距、最大段药量和微差雷管段数)下产生的爆破振动信号进行小波包能量谱分析,获得了爆破振动信号不同频带的能量分布,研究了不同爆炸参量下的爆破振动信号能量分布特征,从爆破振动信号能量角度探讨了不同爆炸参量下爆破地震波的衰减规律,为研究爆破地震效应提供了一种新的分析技术。     

Unknown bearing fault diagnosis under time-varying speed conditions and strong noise background

The bearing vibration signal shows strong non-stationary property under time-varying speed conditions. In addition, the weak bearing fault characteristic is often submerged in strong background noise. How to accurately extract the unknown fault characteristic from the non-stationary vibration signal is the primary problem of bearing fault diagnosis. Stochastic resonance has been proved to be an effective weak signal enhancement method. Therefore, an unknown bearing fault detection technology of speed variation is proposed, which breaks through the periodicity limitation of the classical stochastic resonance on the input signal. It enables stochastic resonance suitable for the enhancement of non-stationary fault signal. Firstly, the non-stationary vibration signal is processed by the computed order tracking to obtain the stationary signal in angular domain. To extract the potential feature information, the bearing imaginary fault order index is constructed from the angular domain order spectrum. Then, the resonance response at the imaginary fault order is obtained. Finally, the coherence resonance theory is introduced to judge the bearing fault pattern through the resonance factor index of response order spectrum. The proposed method overcomes the fuzzy mapping relationship between the signal symptom and the bearing fault caused by speed variation. The experimental data analysis results provide effective support for the proposed method.

     

Stochastic Vibration Model of Gear Transmission Systems Considering Speed-Dependent Random Errors

A dynamic and stochastic simulation model is developed for analyzing the vibration of gear transmission systems with consideration of the influence of the time-variant stiffness, loads, and gear transmission errors. The gear transmission system is viewed as a non-linear, time-correlated and stationary stochastic system. The transmission errors of gears are decomposed into harmonic and random components based on the spectral analysis. To simulate the random component, a second order Markov process with time-variant parameters considering influence of rotational speed is proposed and the method to determine the model parameters based on the random error of measured gear transmission error is developed. A simulation system is developed. The input to the simulation system is a white Gaussian noise process and harmonic errors, and the output is the rotational vibration acceleration of gears. Experiments are carried out to verify the proposed model. The influences of the random error on vibration acceleration are examined using the developed simulation system.     

随机共振系统输出的一种新的反演方法

随机共振是一种在非线性系统中噪声起促进作用的反直观的现象。近年来，这一现象被应用到信号处理领域，以前大部分关于随机共振的工作都集中在考虑受噪声污染的简谐信号或者数字信号，将考虑多频模拟信号，以获得随机共振在信号处理中的更多有价值的信息，还原型随机共振系统的输出一直是一个困难的问题，但是在信号比较简单，例如简谐模拟信号和数字信号的情况下，可以有一些比较简便的方法，对于多频模拟信号，系统输出的还原就会相应地变得比较复杂。在分析非线性系统输出波形畸变原因的基础上，提出了一种新的反演方法，这种方法包含一个简单的反演公式，跃迁区域（信号严重失真段）的线性插值和最小二乘法的多项式曲线拟合。仿真结果表明，在适当选择系统参数的基础上，应用上述的反演方法可以得到比较理想的结果。     

透射边界条件在波动谱元模拟中的实现:二维波动

将邢浩洁和李鸿晶提出的多次透射公式(multi-transmitting formula,MTF)的谱元格式应用于均匀介质中线弹性SH波动问题的谱元模拟.假定紧邻人工边界的一层谱单元为具有直线边界的四边形单元,以保证每个人工边界节点都唯一对应一条指向内域的离散网格线.人工边界节点在某时刻的位移由该离散网格线上的节点在前若干时刻的位移确定,按照MTF谱元格式进行计算.通过平面波以一定角度传播的外源问题算例和点源脉冲自由扩散的内源问题算例,验证了方法的可行性以及对实际复杂波动问题的适用性.通过不同类型初值问题算例,在时域内分析了插值多项式阶次、人工波速和透射阶次三个参数对反射误差的影响.结果表明:插值多项式阶次较高的格式会表现出更好的精度,但总体上对反射误差的影响较小;人工波速对反射误差具有显著影响,当人工波速小于介质物理波速时反射误差较大,而当人工波速等于或稍大于介质物理波速时反射误差处于较低水平;透射阶次对反射误差具有决定性影响,表现在不失稳的情形下提高透射阶次能够迅速降低反射误差,但内源问题从三阶MTF开始出现飘移失稳,外源问题从二阶MTF开始出现轻微的飘移失稳.     

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。     

全非平稳地震作用下地下空间结构随机反应及可靠度分析

为研究全非平稳地震作用下地下空间结构的随机地震反应特征及可靠度分析方法，本文基于非均匀调制演变随机过程，建立了一种同时考虑强度非平稳和频率非平稳的全非平稳随机地震动输入功率谱分析模型；利用频响函数和脉冲响应函数间的傅里叶变换关系，推导出了适用于地下空间结构随机反应分析的响应功率谱计算表达式，可结合有限元方法对全非平稳地震作用下地下空间结构进行随机反应分析．基于穿越过程为泊松过程假定，采用分部积分方法，进一步推导出了适用于首次超越破坏可靠度计算的互相关函数解析表达式．然后，本文以上海某两层三跨地铁车站为工程背景，建立土-地铁车站结构相互作用体系有限元模型，对全非平稳地震作用下地铁车站结构进行了随机反应分析和中柱可靠度分析．结果表明：在非均匀调制演变功率谱作用下，结构的响应功率谱也具有明显的演变特征；利用文中给出的互相关函数计算公式，可避开调制函数的数值微分，提高计算精度．     

非平稳随机激励下结构体系动力可靠度时域解法

将结构动力方程写成状态方程形式,采用精细积分法对其进行数值求解,导出了非平稳激励下结构随机响应的时域显式表达式,该过程的计算量仅相当于两次确定性时程分析的计算量. 基于该显式表达式,结合首次超越失效准则,提出了非平稳随机激励下结构体系动力可靠度的数值模拟算法. 与功率谱方法相比,该方法无需同时在时频域内进行大量数值积分,也无需引入关于响应过程跨越界限次数概率分布, 以及各失效模式相关性等方面的假定. 通过数值算例, 对比了该方法与泊松过程法、马尔可夫过程法、传统蒙特卡罗法的计算精度和计算效率,结果显示该方法具有理想的精度和相当高的效率.      

基于虚拟激励法的大跨度桥梁非平稳随机振动分析闭合解

针对大跨度结构考虑地面空间运动的非一致地震响应分析问题,结合虚拟激励法,应用傅里叶分析建立了结构非平稳随机振动响应演变功率谱分析的频域方法。建立的方法完全基于频域执行,给出了响应演变功率谱的闭合解表达式。由于实现了确定性调制过程与随机过程的有效分离,应用离散傅里叶变换进行计算不需要较高的采样分析频率就可以获得较好精度的数值结果。数值算例研究了某斜拉桥的考虑地面运动空间效应非平稳随机地震响应,与通常时频分析方法进行对比,验证了本文频域方法的正确性和有效性。     

畸变信号的反演修正在同步测压中的应用

本文说明了同步测压所包含的主要内容以及一套实用的同步测压系统的组成，分析了通过传压管道传递的压力信号产生畸变的原因，指出对畸变信号进行反演修正是同步测压过程中必不可少的关键环节。利用频域修正的方法可以对压力分布同步测量中的畸变信号进行反演，以消除输出信号的幅值误差和相位差，保证各个测压通道得到的信号在时间上具有良好的同步性。这样就可以通过对脉动压力分布进行面积加权积分，得到脉动气动力的时间历程。在对畸变信号进行反演修正时，得到测压系统的频率响应函数是关键，本文介绍了利用比较法来标定频响曲线的装置和方法。并通过实验演示了反演修正的效果，表明本文所采用的同步测压装置具有非常好的同步性能。     

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。