基于隐式Adams方法的螺旋曲面铣削系统稳定性预测研究

针对螺杆转子铣削过程中的铣削系统稳定性进行研究。首先通过模态试验获取刀具的模态参数。其次,根据盘铣刀铣削螺杆转子曲面原理建立三自由度铣削力模型和以线性时滞微分方程表示再生型颤振影响的铣削加工动力学模型,并对刀齿铣削周期进行离散。然后,提出基于隐式Adams对螺旋曲面铣削系统稳定性进行预测的方法,在利用隐式Adams方法对动力学方程进行数值求解的基础上,依据Floquet理论判断系统的稳定性,获得螺旋曲面铣削系统的稳定性叶瓣图。最终,根据稳定性叶瓣图选取加工参数进行试验,验证隐式Adams方法在螺旋曲面铣削系统的适用性。试验结果表明：数值求解结果与试验结果吻合程度较高,即采用的隐式Adams方法适用于螺旋曲面铣削系统的稳定性预测。     

一种基于多步回溯算法的铣削稳定性预测方法

在加工过程中,由于薄壁件的弱刚性易发生加工颤振,从而对工件表面质量和刀具寿命等造成不良的影响,对铣削过程的稳定性进行预测是至关重要的.通过提出一种多步回溯算法来预测铣削过程的稳定性,将铣削过程离散化成时滞周期方程,在每个时间间隔上采用多步回溯的方法来近似时间周期及时滞项.通过构建状态转移矩阵,根据Floquet理论获得...     

基于CEEMD和GWO-SVR的铣削振动信号前瞻预测EI北大核心CSCD

汽车覆盖件模具多采用镶块式模件拼接后整体加工,拼接区加工时易引发载荷突变产生冲击振动,影响拼接区的整体加工质量,为了提高拼接区的加工精度,对铣削过程的时域振动信号进行前瞻预测。首先基于互补式集合经验模态分解方法将铣削振动信号进行6层模态分解,得到各层本征模态函数及趋势序列;然后分别构建不同工况下的支持向量回归预测模型,采用灰狼优化算法对支持向量回归中的参数进行寻优分析;最后对时域振动信号进行重构和前瞻预测。试验结果表明,在淬硬钢拼接区铣削过程中,结合CEEMD和GWO-SVR的铣削振动信号前瞻预测方法相较于其它传统方法具有更良好的预测效果,在预测时间为0.12 s时总体预测准确率达94%以上。     

等螺距螺杆转子车削工艺研究北大核心CSCD

螺杆转子是螺杆真空泵的核心部件。本文提出了一种采用普通数控车床加工等螺距螺杆转子的工艺及间隙设计方法。使用两把普通车刀对螺杆进行加工,根据进给量计算螺杆转子轴截面刀位点坐标值,通过二次车削分别加工螺杆螺旋槽凹、凸两面;采用ANSYS进行螺杆转子热变形有限元分析,得到最大变形量,据此分别进行齿顶圆轴向斜切、凹面切削以满足间隙要求;使用数控车宏程序进行编程,并以刀位点坐标作为变量以简化程序。本研究具有通用性,对不同的转子型线均可使用相同的设计及加工方案。     

跨平面球体平衡器振动抑制机理的研究EI北大核心CSCD

传统球体平衡器一般将平衡球约束于一个或多个平面圆环滚道中,事实上,球体具备沿转子轴线方向跨平面运动的能力,可用于转子质径矩的调节。提出了一种跨平面球体平衡器结构,对其振动抑制机理进行了研究。首先,应用拉格朗日方程建立了带有跨平面球体平衡器的转子系统振动模型;其次,分析了转子系统平衡解的组成,应用Floquet理论对系统周期解进行稳定性分析,得到了平衡球质量、转子支承刚度、支承阻尼和球体阻尼等参数对转子系统稳定性的影响,确定了不同参数条件下系统稳定区域分布;再次,通过数值计算分析验证了各稳定区内部系统的稳定性与平衡器的平衡能力;最后,进行了相关试验研究,验证了平衡器的有效性与仿真结果的正确性。结果表明,在高速阶段的稳定区中,平衡球可通过跨平面运动实现转子质径积与质径矩的双平衡。     

体自由度颤振飞行试验的边界预测方法研究EI北大核心CSCD

体自由度颤振频率低,参与颤振的模态频率在亚临界状态往往已经极为接近,加之基于大气紊流激励的颤振飞行试验数据信噪比通常较低,增加了体自由度颤振飞行试验模态辨识以及颤振预测的难度。对此提出了一种基于Matrix Pencil模态辨识方法的体自由度颤振预测方法。通过随机减量技术对输出响应信号进行系集平均,得到随机衰减标记;运用Matrix Pencil方法拟合随机衰减标记获取模态参数,并通过频率和阻尼稳定判据筛选真实模态,再通过阻尼比与颤振稳定性判据变量外插获取颤振点。通过对仿真数据与试验数据的应用,可得到以下结论:Matrix Pencil模态辨识方法能有效辨识密集的颤振模态,并获得清晰的模态辨识稳态图。基于阻尼比及稳定性判据变量外插获得的颤振预测结果较为合理,其中DTFM(Discrete-Time Flutter Margin)判据变量的下降趋势更明显,外插结果与试验值更接近。该方法适用于体自由度颤振飞行试验的亚临界预测。     

基于附加质量块的桥梁模态挠度预测方法研究EI北大核心CSCD

以16 m跨径空心板单梁为研究对象,研究基于附加质量块的质量归一化方法和模态柔度法测试预测桥梁模态挠度的准确性和工程可行性。基于环境激励测试16 m单梁在施加质量块前后的模态参数,提出包含相对频率改变平方项的振型质量归一化计算方法,预测单梁在多级竖向静力荷载作用下的模态挠度,将模态挠度与实测静挠度进行比较,研究8种附加质量工况下单梁模态挠度的测试预测精度,分析附加质量占比以及质量块的数量对预测精度的影响,分析传感器数量对模态挠度预测精度的影响。结果表明,在环境激励下,5个传感器与8个传感器模态挠度预测精度基本一致,满足工程精度要求;基于附加质量块预测的模态挠度可代替实测弹性静挠度,进而评估桥梁的实际刚度状态;附加质量块质量占梁体总质量约10%时,模态挠度的预测相对误差小于8%,预测精度较高。在实际工程应用中,可适用于其他跨径桥梁;在附加质量块占比相同的情况下,多个小质量快的模态挠度预测精度优于大质量块;仅利用单梁前两阶竖向模态即可获得较精确的模态挠度。     

复合材料板簧的模态预测与分析EI北大核心CSCD

为了能够对复合材料板簧的模态特性进行高效、准确的预测,基于经典层合板理论和微元法,建立了复合材料板簧的模态预测模型,并试制了玻璃纤维/环氧复合材料板簧对模型进行了验证。结果表明,该方法能够快速准确地预测复合材料板簧的垂向弯曲模态,有利于缩短复合材料板簧的开发周期。从复合材料的选材、铺层设计等角度出发,利用该模型分析了相关设计参数对板簧一阶弯曲模态频率的影响。分析结果表明,选用弹性模量较大、密度较小的复合材料、同时尽量增加簧身宽度、选择0°铺层方向角能够降低板簧与外界激励共振的可能性。该模型也能够对纤维增强型复合材料梁结构的模态预测提供参考。     

结构模态多级分层并行计算方法EI北大核心CSCD

基于稀疏存储技术和传统并行模态综合法提出了一种有限元结构模态分析多级分层并行计算方法。该方法在两级分区4次变换策略的基础上不仅实现了大量数据的分布式稀疏存储,提高了数据的内存访问效率,而且实现了系统整体缩减后的广义特征方程规模的有效降低,大幅度减少了广义特征方程的求解时间。此外,它还利用计算任务和异构众核集群硬件体系结构映射实现了计算过程的多级并行,不仅有效改善了不同层级的负载均衡,而且通过通信分离有效提高了通信效率。因此,它能够充分利用异构众核分布式存储并行计算机的体系结构特点提升大规模有限元模态并行计算效率。数值算例表明,相比于传统的并行模态综合法,稀疏存储格式模态多级分层并行方法能够大幅度节省内存空间和提高计算效率。     

基于FVMD的滚动轴承故障特征提取方法EI北大核心CSCD

针对变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)中模态数K和惩罚因子α无法自适应确定的问题,提出了基于快速变分模态分解(fast VMD,FVMD)的滚动轴承故障特征提取方法。首先,利用频谱趋势分割方法对滚动轴承振动信号进行分析,确定频谱趋势分割边界,进而自适应确定VMD的分解模态数K和惩罚因子α、模态初始中心频率ω;其次,根据参数K、α、ω,完成原始振动信号的自适应分解,并基于有效权重峭度准则提取有效本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量;最后,利用希尔伯特包络解调计算有效IMF分量重构信号的包络频谱图,完成滚动轴承故障特征的提取。使用仿真信号、美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University,CWRU)和美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的滚动轴承数据完成所提方法与传统VMD方法的对比试验。结果表明,所提方法能够自适应确定VMD的分解模态数K和惩罚因子α,提高VMD的计算效率,同时有效提取到滚动轴承的故障特征频率,证明了所提方法的有效性和可行性。     

基于模态分析理论的结合部动刚度辨识EI北大核心CSCD

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

基于定转子齿开槽的开关磁阻电机振动噪声抑制EI北大核心CSCD

振动噪声的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。根据麦克斯韦张量法理论分析了径向磁拉力减小的原理,通过在定子齿顶、转子齿两侧同时开矩形槽,增大了定转子间气隙长度的同时又将一部分沿径向方向的磁通密度改变为切向方向,减小了径向磁拉力,达到抑制电磁振动的目的。利用参数化扫描的方法,对开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,得出开槽尺寸,并对比分析开槽前后电机的径向磁拉力。运用Ansys Workbench模块分别对定转子齿开槽前后的电机定子进行模态、谐响应以及噪声分析,得到其模态固有频率、模态参与因子、振动响应频率以及声压频谱。分析结果表明:该方法有效减小了开关磁阻电机的径向磁拉力,改善了开关磁阻电机的振动和噪声。     

基于灵敏度分析的转向架构架有限元模型修正EI北大核心CSCD

准确的构架有限元模型可以为转向架前期设计和后期优化提供保障,从而避免激励与构架模态共振发生事故,但构架有限元建模产生误差是不可避免的。为获得准确的有限元模型,该文章推导了灵敏度矩阵加权算法,基于该算法,以构架模态试验数据为基准,以焊缝区等效弹性模量和主要板材厚度为修正参数,以模态频率和振型MAC(modal assurance criterion)值误差最小化为修正目标,对转向架构架有限元模型进行修正,修正结果显示与频率试验值误差控制在1%以内。另外,研究发现构架MAC值修正效果不明显,仅考虑频率修正项时依然可以获得准确模型。     

基于MC-XGBoost模型的航空发动机振动特性预测EI北大核心CSCD

为探索航空发动机高压转子组件的装配参数对整机振动响应的影响,通过不平衡响应振动方程描述了装配阶段几何偏差和不平衡偏差与振型的机理关系,提出一种基于最大相关性(maximum correlation,MC)系数与极端梯度提升(XGBoost)的改进模型,MC-XGBoost预测模型。通过MC系数筛选影响振动性能的关键参数,即最相关的几何/不平衡装配参数;代入XGBoost模型进行振动特性预测。利用试验数据对预测模型进行验证,结果表明所提出的MC-XGBoost预测模型相比于RF、GBDT算法模型,具有更高的预测精度,能够为航空发动机面向装配质量的振动特性评估提供一种有效的评价方法。     

基于两体碰撞的冲击放大机理研究EI北大核心CSCD

为了研究冲击放大方法,将经典碰撞理论和动态接触理论结合,建立了双质量冲击放大器运动学模型,推导出加速度、加速度放大倍数计算公式。研究了碰撞持续时间比、(放大台与跌落台)质量比、波形发生器刚度比对加速度放大倍数的影响,最后通过试验对两体碰撞理论进行验证。结果表明,加速度放大倍数随着质量比的增加而减小,随着波形发生器刚度比、碰撞持续时间比的增加而增大。     

基于VMD和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法研究EI北大核心CSCD

为了有效提取舰船辐射噪声的频率特征,提出一种基于变分模态分解(VMD)和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法。采用VMD方法将三类舰船辐射噪声分解为一组有限带宽固有模态函数(IMF),计算各阶IMF强度,选取能量较大的IMF作为研究对象,以最强IMF中心频率及能量较大的多个IMF中心频率作为特征参数对三类舰船辐射噪声进行特征提取;针对舰船辐射噪声频率特征提取难且不精准确的问题,采用VMD方法可以准确提取IMF中心频率,实现舰船辐射噪声的特征提取。通过数字仿真和实际舰船辐射噪声信号实验分析,并与基于集合经验模态分解(EEMD)的中心频率及高低频能量差方法进行比较,结果表明该方法可以有效提取舰船辐射噪声中心频率,并实现不同类别舰船的分类识别。     

基于稀疏指标的优化变分模态分解方法EI北大核心CSCD

针对复合信号源信号数目未知,无法正确预设分解模态数K值而不能对信号进行有效变分模态(variational mode decomposition,VMD)的问题,提出了一种基于稀疏指标的优化VMD法。该方法基于VMD所构建变分模型中各个分量的稀疏先验知识,实现了VMD自适应寻优K值,其将最佳K值确定为稀疏指标由上升至下降的转折点;在计算VMD各个分量的稀疏度时,考虑到不同分量间的能量差异加入了能量权值因子,最后将稀疏指标确定为分解后各分量边际谱稀疏度的平均值。仿真信号与实际信号分解试验验证表明:相较于其他两种VMD的K值确定方法,该方法确定的K值结果更为准确,实现的优化VMD自适应性更强,较其他信号分解法如经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)有更好的分解效果,为源信号数目未知的复合信号VMD提供了新思路;此外,噪声的鲁棒性试验证明所提基于稀疏指标的优化VMD法还具有一定的抗噪能力,较稳健,可开发应用于实际工程。     

FA-PMA-VMD方法及其在齿根裂纹故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

针对变分模态分解(VMD)中难以确定分解分量个数k和惩罚参数α的问题。提出一种改进的变分模态分解方法—基于萤火虫算法及主模态分析法的变分模态分解(FA-PMA-VMD)方法。该方法用主模态分析(PMA)对VMD分解的带限内禀模态函数(BIMF)分量进行排序;用萤火虫算法对变分模态分解的最佳影响参数[k,α]组合进行搜索,以新提出的正交低峰值作为萤火虫算法的优化目标,得到的最佳的惩罚参数α和分量个数k组合;根据预先设定的故障特征参数自适应地将信号分解为k个BIMF分量。通过对仿真信号和齿轮齿根裂纹实际故障信号进行分析,分析结果表明FA-PMA-VMD具有良好的分解效果。     

FA-PMA-VMD方法及其在齿根裂纹故障诊断中的应用EI北大核心CSCD

针对变分模态分解(VMD)中难以确定分解分量个数k和惩罚参数α的问题。提出一种改进的变分模态分解方法—基于萤火虫算法及主模态分析法的变分模态分解(FA-PMA-VMD)方法。该方法用主模态分析(PMA)对VMD分解的带限内禀模态函数(BIMF)分量进行排序;用萤火虫算法对变分模态分解的最佳影响参数[k,α]组合进行搜索,以新提出的正交低峰值作为萤火虫算法的优化目标,得到的最佳的惩罚参数α和分量个数k组合;根据预先设定的故障特征参数自适应地将信号分解为k个BIMF分量。通过对仿真信号和齿轮齿根裂纹实际故障信号进行分析,分析结果表明FA-PMA-VMD具有良好的分解效果。     

结合面接触阻尼对模态耦合系统不稳定性影响EI北大核心CSCD

针对目前结合面微观形貌对由摩擦和系统结构双重引起的模态耦合系统不稳定性影响的理论研究缺少,尝试从微观角度解释结合面的接触阻尼特性对宏观系统的影响。对车辆制动盘制动工况进行抽象综合,给出了两自由度系统的物理和数学模型,其中的接触阻尼部分采用给出的接触阻尼分形模型。分别阐释了接触阻尼比、摩擦因数、系统固有频率比及它们间的耦合效应,对系统不稳定的影响。研究方法和结果可更深入地理解结合面接触阻尼对宏观系统的影响,有一定的理论意义;同时在深入理解接触阻尼对系统不稳定的影响下可逆向反推来加工制造合适的结合面参数(分形维数D和分形尺度系数G)。