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基于灰狼算法优化极限学习机的中介轴承故障诊断方法

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推进技术 2024年第4期45卷 190-200页

作者：栾孝驰张席沙云东徐石沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁沈阳110136

针对中介轴承故障振动信号具有传递路径复杂、强背景噪声干扰等特点,其故障特征不易提取的问题,提出基于自适应噪声完全经验模态分解(CEEMDAN)与灰狼算法(GWO)优化的极限学习机(ELM)相结合的中介轴承故障诊断方法。利用CEEMDAN和相关系... 详细信息

针对中介轴承故障振动信号具有传递路径复杂、强背景噪声干扰等特点,其故障特征不易提取的问题,提出基于自适应噪声完全经验模态分解(CEEMDAN)与灰狼算法(GWO)优化的极限学习机(ELM)相结合的中介轴承故障诊断方法。利用CEEMDAN和相关系数-能量比-峭度准则(CEKC)对振动信号进行分解、筛选、重构;再提取重构信号的时域和频域特征构成特征矩阵;然后以平均错误率作为GWO的适应度值,对ELM的输入层与隐含层的权值和隐含层阈值进行优化后重新构建ELM;最后将特征矩阵输入ELM得到故障诊断结果。应用于中介轴承故障诊断中,ELM在GWO优化后故障诊断正确率有明显提升,其中45°方向传感器数据正确率由93.33%提升到99.17%。结果表明:该方法能够有效诊断中介轴承故障类型,表现出了较强的泛化能力。

关键词：中介轴承模态分解极限学习机灰狼算法故障诊断

基于小波包变换与CEEMDAN的滚动轴承故障诊断方法

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航空动力学报 2024年第5期39卷 154-168页

作者：栾孝驰李彦徵徐石沙云东沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136

针对滚动轴承诊断受环境噪声影响,特征频率难以提取的问题,提出了一种基于小波包变换与完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)的滚动轴承故障诊断方法。通过CEEMDAN将传感器收集到的原始振动信号进行分解并依据峭度值-相关系数(K-C)... 详细信息

针对滚动轴承诊断受环境噪声影响,特征频率难以提取的问题,提出了一种基于小波包变换与完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)的滚动轴承故障诊断方法。通过CEEMDAN将传感器收集到的原始振动信号进行分解并依据峭度值-相关系数(K-C)筛选准则划分高噪信号和低噪信号。利用小波包变换分解高噪信号后选取合适分量重构实现环境噪声的滤除并与低噪信号进行整合产生新的振动信号进行包络解调,提取实际故障特征频率实现滚动轴承的故障诊断。经对比试验,所提出的方法清晰地提取出滚动轴承的转频、故障特征频率及其倍频和调制频率,由仿真信号计算可知降噪后的信号信噪比提高了7.61 dB,有效优化了对噪声滤除的效果。

关键词：完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN) 峭度值-相关系数筛选准则小波包变换包络解调特征频率故障诊断

中央传动锥齿轮行波共振特征精准识别试验研究

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推进技术 2020年第12期41卷 2840-2847页

作者：栾孝驰柳贡民沙云东郭小鹏哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136 中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

为了精准监测复杂工作环境下航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特征,并满足对试验器改装小和测试装置易安装的技术要求,建立了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法和基于替代法原理的动态特性标定方法,研制了导出式噪声测量系... 详细信息

为了精准监测复杂工作环境下航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特征,并满足对试验器改装小和测试装置易安装的技术要求,建立了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法和基于替代法原理的动态特性标定方法,研制了导出式噪声测量系统和数字式闭环控制声喇叭行波管装置动态标定系统,解决了复杂环境下的齿轮行波共振声信号测量与数据修正的问题。完成了基于噪声和应力同步测试的航空发动机中央传动锥齿轮行波共振特性试验,对从动锥齿轮的行波共振频率、共振转速及节径振动声辐射量级进行了分析。研究结果表明:导出式噪声测量方法及系统和动态标定方法及系统有效提高了齿轮行波共振特性的测量精度,可实现高温高油雾环境下齿轮行波共振频率和共振转速的精准识别和有效监测,行波共振频率误差<0.04%,共振转速误差<0.005%。四节径后行波共振时的齿轮辐板振动辐射的声压能量是三节径前行波共振时的4.5倍,说明齿轮在高转速发生行波共振会更危险。

关键词：航空发动机中央传动锥齿轮行波共振精准识别声测法

弧齿锥齿轮参数调节状态下行波共振特性及其影响规律研究

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中国机械工程 2021年第24期32卷 2899-2908,2914页

作者：栾孝驰赵宇沙云东柳贡民赵钱哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中航西飞民用飞机有限责任公司西安710089

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法,研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析,讨论辐板厚度... 详细信息

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法,研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析,讨论辐板厚度和工作温度对齿轮行波共振特性的影响;基于Hertz接触理论对啮合齿轮进行瞬态动力学分析,重点讨论行波共振状态下负载功率、工作温度及阻尼系数对齿轮应力分布的影响。仿真与试验对比结果表明:模态计算和动力学分析的仿真结果误差均在合理范围内。在满足齿轮设计有关要求前提下,调整辐板厚度可避开共振转速或共振频率。在振动应力分布的共振参数敏感性方面:当齿轮在三四节径行波共振状态下工作时,齿根处应力值最大,辐板正面应力值最小;随着齿轮负载功率、工作温度和阻尼系数变化,从动轮辐板正面应力变化较小,辐板背面和齿根处变化较大。在该齿轮改进和优化设计中,需重点针对三四节径行波共振进行处理。

关键词：航空发动机弧齿锥齿轮行波共振共振频率振动应力

高温环境下薄壁结构声激励响应及疲劳分析与试验验证

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航空动力学报 2018年第11期33卷 2561-2572页

作者：栾孝驰胡翼飞沙云东蒋金卓沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航空发动机集团有限公司沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

针对航空发动机薄壁结构热声疲劳问题,采用耦合的有限元/边界元法,对GH188薄壁结构进行动力学响应计算,采用改进的雨流计数法和Morrow平均应力模型,结合Miner线性累积损伤理论对薄壁结构疲劳寿命进行了预估。基于高温行波管试验器开展了... 详细信息

针对航空发动机薄壁结构热声疲劳问题,采用耦合的有限元/边界元法,对GH188薄壁结构进行动力学响应计算,采用改进的雨流计数法和Morrow平均应力模型,结合Miner线性累积损伤理论对薄壁结构疲劳寿命进行了预估。基于高温行波管试验器开展了GH188薄壁结构高温声激振疲劳试验研究,获取了薄壁结构在不同温度和声载荷作用下的模态频率、应力/应变响应和疲劳寿命结果。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:数值仿真对结构破坏位置判断准确,破坏位置均为结构根部,结构1阶热模态频率具有一致性,误差0.49%～2.09%之间,X方向应力响应峰值集中在基频附近,随温度升高,结构发生软化刚度下降,响应峰值向左发生偏移,且预测水平与试验一致,误差在1%～3%之间,验证了薄壁结构热声响应计算方法与计算模型的准确性。结构疲劳寿命随温度和声压级的上升而均呈现下降趋势,疲劳破坏时间的预估值与试验结果在一个量级之内,误差在3～3.5倍之间,满足工程级寿命预测要求,验证了薄壁结构热声疲劳寿命预估方法的有效性。

关键词：薄壁结构高温声激励响应分析疲劳寿命预估高温行波管试验器

基于声发射多参数融合的滚动轴承典型故障损伤程度识别方法

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航空动力学报 2024年第8期39卷 249-261页

作者：栾孝驰沙云东李壮郭小鹏赵宇柳贡民沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 哈尔滨工程大学烟台研究院山东烟台264006

针对滚动轴承典型故障损伤程度难识别的问题,以声发射参数分析和波形流分析方法为基础,结合时间到达特征指数(TAFI)、计数、撞击数、能量以及引入故障特征频率功率峰值与其相邻倍频间频带内平均功率比值的无量纲参数故障因子,提出了一... 详细信息

针对滚动轴承典型故障损伤程度难识别的问题,以声发射参数分析和波形流分析方法为基础,结合时间到达特征指数(TAFI)、计数、撞击数、能量以及引入故障特征频率功率峰值与其相邻倍频间频带内平均功率比值的无量纲参数故障因子,提出了一种基于声发射多参数融合的滚动轴承典型故障损伤程度识别方法。为验证该方法对滚动轴承典型故障损伤程度的识别效果,搭建了滚动轴承典型故障模拟试验台,开展试验并采集了线切割严重损伤和点蚀微弱损伤两种缺陷的滚动轴承声发射信号,对相同转速工况下测得的典型故障轴承与健康轴承的声发射信号应用本文提出的方法进行识别。结果表明:声发射特征参数TAFI可以初步判定轴承是否存在故障,计数和撞击数可有效识别滚动轴承的故障类型;特征参数能量可有效识别外圈故障和滚动体故障滚动轴承的不同损伤程度,引入故障因子参量来表征不同缺陷滚动轴承的损伤程度,通过线切割和点蚀缺陷1~5倍频故障因子数值上的差异,有效识别了典型故障滚动轴承的不同损伤程度,弥补了特征参数能量对内圈故障损伤程度识别的不足。该方法可有效识别滚动轴承典型故障的不同损伤程度。

关键词：声发射多参数融合滚动轴承典型故障损伤程度故障因子

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纤维增强复合材料力学性能预测及试验验证

航空动力学报 2018年第10期33卷 2324-2332页

作者：沙云东丁光耀田建光骆丽栾孝驰沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院)辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料结构力学性能预测问题,基于复合材料细观力学有限元方法,研究建立了代表体积元(RVE)模型,并施加周期性边界条件,实现了纤维增强复合材料基本力学性能的预测。通过将应用上述RVE模型所获取的B/Al... 详细信息

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料结构力学性能预测问题,基于复合材料细观力学有限元方法,研究建立了代表体积元(RVE)模型,并施加周期性边界条件,实现了纤维增强复合材料基本力学性能的预测。通过将应用上述RVE模型所获取的B/Al纤维增强复合材料力学性能预测结果与解析解和试验数据进行对比表明,施加周期性边界条件的RVE模型的力学性能预测结果与解析解和试验数据吻合良好,验证了所建立计算模型的有效性。基于单向连续纤维增强SiC/TC4复合材料板材的力学性能测试试验,获取了不同铺层方案结构的纵向/横向弹性模量和泊松比,得到的纵向/横向弹性模量计算值与各自试验值均值的误差均小于5%,表明弹性力学性能参数基本一致,计算模型具有合理性。

关键词：力学性能预测连续纤维增强复合材料周期性边界条件有效弹性模量力学性能试验验证

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装配参数对附件机匣锥齿轮破裂故障的影响

中国机械工程 2020年第4期31卷 438-444页

作者：栾孝驰沙云东郭小鹏杨帝思马侹沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001 中国航发沈阳发动机研究所第十三室沈阳110152 中国人民解放军第5719工厂质安部彭州611936

针对航空发动机附件机匣锥齿轮由装配偏差引起的破裂故障,采用行波共振原理和有限元法,对锥齿轮进行模态分析和静应力计算,分析了啮合锥齿轮的齿轮间隙和主动锥齿轮垂直安装角度对主动锥齿轮齿根应力的影响。仿真与试验结果分析表明:主... 详细信息

针对航空发动机附件机匣锥齿轮由装配偏差引起的破裂故障,采用行波共振原理和有限元法,对锥齿轮进行模态分析和静应力计算,分析了啮合锥齿轮的齿轮间隙和主动锥齿轮垂直安装角度对主动锥齿轮齿根应力的影响。仿真与试验结果分析表明:主动锥齿轮结构具有一节径和二节径振型,模态频率与试验误差小于2.5%;齿轮装配间隙对齿根应力影响较小,装配工艺的要求相对合理;主动锥齿轮安装角度偏差对齿根应力影响较大,因此需要严格控制角度偏差。主动锥齿轮断齿金相组织形态及其破裂特征分析表明,锥齿轮的破裂类型为疲劳断裂,断口具有节径型振动疲劳断裂特征。

关键词：装配参数航空发动机锥齿轮破裂故障

弧齿锥齿轮行波共振下裂纹扩展频率特性演化研究

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航空动力学报 2024年

作者：栾孝驰肖邦柳贡民沙云东王胜红沈阳航空航天大学航空发动机学院哈尔滨工程大学动力与能源工程学院

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际工况下裂纹扩展断裂失效问题，采取实验与数值仿真相结合的方法，探究齿轮处于行波共振状态下裂纹扩展频率特性演化规律。基于行波共振理论与声测法，开展了正常齿轮和预制缺陷齿轮疲劳特性实验... 详细信息

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际工况下裂纹扩展断裂失效问题，采取实验与数值仿真相结合的方法，探究齿轮处于行波共振状态下裂纹扩展频率特性演化规律。基于行波共振理论与声测法，开展了正常齿轮和预制缺陷齿轮疲劳特性实验，实验结果表明：预制缺陷齿轮处于行波共振状态下裂纹迅速扩展，共振频率不断减小，裂纹扩展后期无法跟踪行波共振点，齿轮发生瞬断。基于模态分析方法，建立了不同裂纹尺度齿轮有限元模型，提出了裂纹扩展前期裂纹长度与模态频率比的函数关系，实验所测频率比与预测模态频率比相对误差在0.02%以内。仿真结果表明：随着裂纹程度的加深，齿轮结构不对称性加大，相同节径型振动的两个对称模态逐渐分化为两个不同的振动模态，模态频率比差值增大。综合实验与仿真结果，裂纹扩展前期行波共振导致裂纹尖端应力强度因子过大而促使裂纹发生扩展，裂纹扩展后期齿轮两对称模态交替出现，齿轮无法维持行波共振状态，由于裂尖应力强度因子接近或超过材料断裂韧性导致裂纹快速扩展，进而剩余强度不足而瞬断。

关键词：行波共振裂纹扩展声测法模态分析频率比