分数阶阻尼在滚动轴承故障诊断中的应用

由于分数阶微积分具有计算精度高和速度快的优势,因此将分数阶微积分的相关理论应用到滚动轴承故障诊断中,建立了分数阶阻尼滚动轴承内圈动力学模型,并利用分数阶傅里叶变换的四阶中心距确定分数阶的最优阶次,分析了分数阶阻尼滚动轴承内圈故障的动力学响应特性。仿真结果表明,随着分数阶阶次的增加,滚动轴承内圈的轴心轨迹由混沌逐渐变为稳定的周期运动;仿真分数阶频谱图更符合实验频谱图。分数阶阻尼模型比整数阶阻尼模型更能反映滚动轴承故障的振动特性,可取得比传统的整数阶阻尼更好的效果。     

具有两条裂纹的转轴刚度特性分析及应用

基于断裂力学理论,采用应变能释放率的方法得到具有两条裂纹的转轴在受到两垂直剪力作用下的附加柔度矩阵和刚度矩阵,分析了转轴上裂纹的张开程度、裂纹深度、裂纹夹角等参数的变化对其在两剪力方向上的刚度及耦合刚度的影响。以具有两条不同裂纹夹角的转子系统为例,介绍了转轴刚度矩阵在裂纹转子故障诊断上的应用。研究结果表明:采用该方法得到的不同裂纹参数下的转轴刚度矩阵精度较高,将其应用到转子的故障诊断中可以清晰的反映出转子的故障特征,从而有效的实现转子裂纹故障诊断。     

旋翼系统模态阻尼数值计算方法

首先基于Hamilton原理建立旋翼系统动力学模型,计算旋翼的振频和振型,然后对稳定悬停状态下的桨叶进行某阶模态的激励,并在旋翼重新达到稳定状态后停止激励,截取旋翼系统自由振动信号,用移动矩形窗法计算旋翼系统的模态阻尼.这种计算系统模态阻尼的数值方法能够对旋翼系统在不同工况下的各阶模态阻尼进行仿真,而且在仿真过程中可以根据桨叶振型将激励按相同相位施加于各自由度上,使桨叶只按该阶振型振动.使用该方法可以突破旋翼动力学试验中激振位置、激振频率与相位的限制,获得旋翼系统更全面的动力学特性.     

基于准分数阶模型的分数阶Birkhoff动力学及其Lie对称性（英文）

为了探究非保守系统的动力学行为,该文提出并研究基于准分数阶动力学模型的分数阶Birkhoff动力学的Lie对称性和守恒量。准分数阶动力学模型是指基于Riemann-Liouville分数阶积分定义的变分问题、基于按指数律扩展的分数阶积分定义的变分问题和基于按周期函数律拓展的分数阶积分定义的变分问题。首先,建立了基于准分数阶模型的分数阶Pfaff-Birkhoff原理,得到了相应的Birkhoff方程和Lie对称性确定方程。其次,对于基于准分数阶模型的分数阶Birkhoff系统,给出了守恒量的条件和形式,并证明了Lie对称性定理。准分数阶Birkhoff系统与经典Birkhoff系统的Pfaff-Birkhoff原理、Birkhoff方程和Lie对称定理均是该文的特例。最后,给出了若干算例。     

用子系统阻抗分析法确定转子-弹性阻尼支承系统的临界转速

近二十年来,航空燃气涡轮发动机转子系统的弹性支承设计已逐步取代了早期的刚性支承设计。采用弹性阻尼支承结构的目的是调频与减振。为此,支承与转子的动态特性参数必须有良好的匹配,这就需要进行大量的计算与试验。机械阻抗分析法是预示转子—弹性阻尼支承系统的临界转速及其减振特性的简便有效的手段。 本文在国外关于转子支承系统临界转速的阻抗分析法的基础上,提出转子在与支座交联点上假设阻抗的子系统阻抗分析法,有效地解决双弹性阻尼支承的转子系统临界转速的预示。 给出一系列交联点上的假设阻抗值,由转子子系统的频率方程求得转子子系统相应的共振频率特性。弹性阻尼支座的位移阻抗特性可由计算或试验确定。在平面直角座标系中,转子子系统与支座子系统的特性曲线交点,便是整个系统的共振频率。文中还提出了由曲线图确定共振频率的简易方法。     

分数阶微分器的实现及其阶次对方法选择的影响

分数阶微分的计算是分析分数阶系统和设计分数阶控制器的一个重要环节,不同方法设计的分数阶微分器其性能不同。为了在应用时选择或设计合适的分数阶微分器,本文总结了时域中14种分数阶微分器的实现方法,同时对它们的性能进行了分析和比较,包括:各种分数阶微分器的阶数对其零极点位置、冲击响应和频率响应的影响。结果表明,采用连分式展开的近似方法要比采用级数展开的近似方法好,其中一阶、二阶和三阶向后有限差分公式在两种方式下都能得到较好的近似结果,Tustin公式和Simpson公式不适宜于级数展开方式。     

被动式电磁阻尼器对磁悬浮转子系统不平衡响应的影响

采用被动式电磁阻尼器控制磁悬浮轴承转子系统振动.首先,设计了一个被动式电磁阻尼器,可以通过电流变化控制阻尼力.然后,基于通用有限元软件NASTRAN,对磁悬浮轴承转子系统分析了不同阻尼下的不平衡响应仿真.最后通过系统高速旋转实验,研究了不同阻尼器控制参数下该系统的不平衡响应.仿真与试验结果表明,增加被动式电磁阻尼器能够改善系统的动态性能并降低转子的不平衡振动,使转子成功越过一阶弯曲临界转速15 600 r/min,稳定运行在21 000 r/min.     

高速滚动轴承-转子系统的摩擦阻尼减振

为了抑制高速滚动轴承-转子系统在通过临界转速时的过大振动,本文采用了摩擦阻尼弹性支承结构.分析了该支承的减振机理和支承特性,设计了摩擦阻尼器,研究了其对转子系统不平衡响应的影响.结果表明,采用适当的机械结构,阻尼器的刚度因子和摩阻因子只与内环的锥角和接触面摩擦因数有关.通过改变这两个参数和外壳轴向刚度,可改变其刚度和阻尼特性.在转子系统支承中引入摩擦阻尼器能够降低支承刚度,从而降低系统的临界转速,避开工作转速.此外,还可增大支承阻尼,抑制临界振幅,减小系统的振动外传力.     

捆绑式运载火箭跨声速气动阻尼特性试验研究

以某带助推的捆绑式运载火箭模型为研究对象，通过试验研究了该带助推的细长体弹性模型在不同马赫数和迎角下的一阶自由-自由弯曲气动阻尼特性和频率变化特性，并采用振型类似、频率降低的模型研究了减缩频率变化对气动阻尼的影响。试验马赫数范围0.70~1.05，试验迎角范围0°~10°。研究表明:迎角对火箭一阶自由-自由弯曲模态的气动阻尼和频率有影响，但规律并不明显；一阶自由-自由弯曲模态的气动阻尼受马赫数影响，并在马赫数0.90附近出现跨声速凹坑现象；一阶模态频率随马赫数增加呈下降趋势，但下降数值较小；减缩频率对气动阻尼有影响，在马赫数0.70~0.90范围内和马赫数1.00之后，气动阻尼随着减缩频率的增加而降低，在马赫数0.92~0.98范围内，气动阻尼随着减缩频率的增加而增加。     

高超声速飞行器自抗扰分数阶PID控制器设计(英文)

自抗扰控制器利用跟踪微分器可解决超调量及快速性之间的矛盾,分数阶PID控制器在提高控制品质的同时扩大了被控系统参数的稳定域。结合自抗扰技术及分数阶PID控制器设计了自抗扰分数阶PID控制器,并应用于高超声速飞行器再入姿态控制。仿真结果表明,自抗扰分数阶PID控制器对于高超声速飞行器非线性模型及强外干扰的影响下具有很好的控制效果,并且有较大的稳定域,即针对被控系统参数变化具有更强的鲁棒性。     

基于自适应分数阶微分的SIFT图像配准

针对传统SIFT(Scale Invariant Feature Transform)配准算法中存在的特征点正确匹配率低,配准效果较差的问题,提出了一种新的自适应分数阶SIFT算法用于图像配准。首先根据图像的梯度模值和信息熵构建自适应分数阶的数学模型,自动计算每个像素点的最佳分数阶阶次;其次基于最佳分数阶阶次构造自适应分数阶微分掩模,并将其融入到SIFT算法中,提取到更多精确有效的关键点,从而提高了SIFT算法的精度;在SIFT算法的特征点匹配阶段,进行相似性度量时,增加了余弦相似性约束,解决了欧式距离不能够判定特征向量的空间位置关系的问题,进一步提高特征点匹配的准确率;并使用改进的随机样本一致性算法(Random Sample Consensus,RANSAC)进一步减少误匹配的特征点对;最后根据匹配的特征点对求解空间变换矩阵,从而实现图像配准。验证结果证明:本文算法的匹配精度较高,配准的质量也得到较明显的提升。     

基于机体振动的直升机桨毂阻尼故障诊断

研究了仅用机体振动信号诊断旋翼减摆器阻尼失效、轴向铰卡涩和水平铰卡涩3种桨毂阻尼故障的可行性。在旋翼试验台上分别设置上述3种阻尼故障，测取机体振动响应，利用快速傅立叶变换分析其频谱特征。分析表明，3种阻尼故障引起的机体振动谱图互不相同。采用概率神经网络实现了3种阻尼故障的正确分类。研究表明，仅用机体振动响应实现旋翼阻尼故障诊断是可行的。     

捷联惯性航姿系统中的模糊内阻尼算法研究

舒勒周期振荡和傅科周期振荡会影响捷联惯性航姿系统的精度。本文将传统的平台内阻尼的思想引入到捷联惯性航姿系统中，通过设计水平回路中的三阶内阻尼网路，利用系统本身的速度信息来阻尼周期振荡。由于改变了舒拉调整条件，内阻尼算法只有在系统加速度较小的情况下才能使用。文中根据模糊理论对三轴加速度计的输出分析系统运动状态，判别是否能够使用内阻尼网路。仿真和实验证明，模糊内阻尼算法明显抑制了舒勒周期振荡和傅科周期振荡，有效提高了捷联惯性航姿系统精度。     

阻尼材料在结构裂纹修理和预防上的应用

以某型飞机在使用过程中频繁出现进气道铆钉松动、蒙皮裂纹、铆钉裂纹等故障为研究对象,运用飞机气动弹性力学理论进行了分析研究,找出故障发生的原因,提出在进气道蒙皮上加装阻尼层的新方法。验证表明,该方法能有效地弥补设计缺陷、延迟金属材料老化及预防性修理机体结构裂纹。     

基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化

为了提高约束阻尼层结构动力学性能,针对约束阻尼板结构的约束阻尼层布局优化问题,采用变密度拓扑优化方法,以体积为约束函数、模态阻尼比为目标函数,研究了约束阻尼层的模态阻尼比的灵敏度,并对灵敏度的再分配进行滤波;引入MAC矩阵,对优化的模态振型进行跟踪,以保证对固定阶的模态进行优化.结果给出了约束阻尼层动力学性能的变密度拓扑优化设计方法,以及基于变密度方法约束阻尼层结构的最优拓扑构形,并与渐进法优化的结果进行对比.结果证明了该方法用于阻尼结构的优化设计具有很强的可行性,有一定的工程实用性.     

粘弹性阻尼结构的动特性分析

本文研究了粘弹性阻尼结构动力特性的分析方法。根据分数导数模型表示的粘弹性材料本构方程,对一种阻尼材料用拟合法构造了它的力学性能解析表达式。建立了一种八自由度夹层梁有限元模型,从而给出了粘弹性阻尼结构的典型动力学方程。为分析粘弹性阻尼结构的动力特性,提出了一种非线性特征值问题的迭代解法。应用上述方法对悬臂约束阻尼层梁的复模态参数进行了分析,并进行了实验验证。结果表明,分析与实验的结果一致,说明本文所提出的方法是可靠的且有较好的精度和实用性。     

小卫星舱体结构粘弹性阻尼减振优化设计

航天器发射段动环境恶劣,需要考虑对结构进行阻尼减振设计。小卫星内部空间狭小,结构轻质化要求高,须采用自动优化设计方法进行阻尼处理敷设位置和几何参数同时优化。针对小卫星结构阻尼减振的要求,分析了初始无约束阻尼结构的动力学特性,确定出约束阻尼处理的部位;提出一种基于Layerwise有限元分析和多目标优化的粘弹性阻尼结构优化设计方法,采用非支配遗传算法求解优化问题,获得了同时兼顾附加质量和阻尼性能要求的优化结果。结果表明,对小卫星舱体安装结构进行局部粘弹性阻尼处理能够显著降低敏感设备的动响应,提出的优化方法能够同时实现阻尼敷设位置和几何参数的同时优化。     

小阻尼动态系统的时域自适应反馈主动阻尼设计

针对在前馈／反馈混合控制中提高控制通道阻尼的问题,基于自适应滤波理论,提出适用于单输入单输出(SISO)和多输入多输出(MIMO)控制通道的时域自适应反馈主动阻尼设计方法。研究了自适应过程的理想期望信号的构造、SISO情况下闭环控制通道与反馈控制器同时进行自适应设计以及MIMO控制通道阻尼问题的简化与设计方法的拓展等问题;同时,基于某主动隔振试验平台的实测结果,对所有研究内容进行SIMULINK模型仿真。时域自适应反馈主动阻尼设计是高效的主动阻尼设计方法,并且为小阻尼动态系统的增阻设计提供了统一的方法框架。     

结构阻尼减振系统设计

随着现代科学技术的不断发展,振动和噪声的控制日益成为一个迫切的问题。尤其是空间技术的迅速发展,飞行器系统的功率和速度都有极大地提高,在飞行器结构中,由于各阶振型有时会被同时激发,从而产生强烈地宽带随机振动和噪声。上面的电子仪器设备,常常因为这些宽带随机振动和噪声的作用,将会同时激发各阶振型,形成许多共振峰,产生多峰共振。这些共振往往能够引起很大的破坏应力,使结构产生预期之外的损坏,引起仪器设备的失灵,甚致造成飞行失败。为了解决在宽带随机振动和噪声环境下多自由度系统的结构多峰共振响应,应用我们以往在实际工程设计中所采用的大阻尼隔振系统设计技术,虽然尚能满足要求,但是它存在的严重缺点是不能忽视的。例如:体积大、笨重、散热性能差等。因此一种从增加结构阻尼着手,采用结构阻尼减振技术控制振动的方法便提到日程上来了。     

分数阶导数蠕变模型及在FLAC3D中的数值实现

分数阶导数元件是一种具有一定物理意义和对变形规律精确描述的物理模型,本研究通过FLAC3D自带Burger模型和FISH语言,实现了分数阶导数蠕变模型在岩土工程计算分析中常用差分计算软件中的应用,该应用成果对于分数阶导数元件的数值模拟研究具有重要的参考价值和意义。