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基于多变量小波有限元的一维结构分析

工程力学 2012年第8期29卷 302-307页

作者：张兴武陈雪峰杨志勃何正嘉西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

基于区间B样条小波(B-Spline Wavelet on the Interval,BSWI)和多变量广义势能函数,该文构造了二类变量小波有限单元,并用于一维结构的弯曲与振动分析。基于广义变分原理,从多变量广义势能函数出发,推导得到多变量有限元列式,并以区间B... 详细信息

基于区间B样条小波(B-Spline Wavelet on the Interval,BSWI)和多变量广义势能函数,该文构造了二类变量小波有限单元,并用于一维结构的弯曲与振动分析。基于广义变分原理,从多变量广义势能函数出发,推导得到多变量有限元列式,并以区间B样条小波尺度函数作为插值函数对两类广义场变量进行离散。此单元的优势在于可以提高广义力的求解精度,因为在传统有限元中,只有一类广义位移场函数,所以广义力通常是通过对位移的求导得到,而多变量单元中,广义位移和广义力都是作为独立变量处理的,避免了求导运算。此外,区间B样条小波是现有小波中数值逼近性能非常好的小波函数,以它作为插值函数可进一步保证求解精度。转换矩阵的应用,可以将无任何明确物理意义的小波系数转换到相应的物理空间,方便了问题的处理。最后,通过数值算例对Euler梁和平面刚架的分析,验证了此单元的正确性和有效性。

关键词：多变量区间B样条小波 Euler梁平面刚架结构分析

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孪晶密度和温度对纳米孪晶钛力学性能的影响

中国有色金属学报 2022年第12期32卷 3684-3693页

作者：王昊孙瑜杨志勃陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

采用分子动力学方法模拟不同孪晶密度和不同温度下纳米孪晶钛单轴拉伸力学行为。模拟结果表明:室温下随着孪晶密度的降低,纳米孪晶钛的屈服强度出现先提升后降低的现象,材料存在临界孪晶密度。当孪晶密度小于临界孪晶密度时,孪晶界对晶... 详细信息

采用分子动力学方法模拟不同孪晶密度和不同温度下纳米孪晶钛单轴拉伸力学行为。模拟结果表明:室温下随着孪晶密度的降低,纳米孪晶钛的屈服强度出现先提升后降低的现象,材料存在临界孪晶密度。当孪晶密度小于临界孪晶密度时,孪晶界对晶粒的细化作用导致材料的强度提升。当孪晶密度大于临界孪晶密度时,孪晶界、晶界和两者交汇处的位错成核增殖成为材料变形的主导因素;且当孪晶密度远离临界值时,孪晶间隔变小、位错源增多,位错成核与增殖加剧,材料的强度降低。相同孪晶密度条件下,晶粒尺寸的减小会减少晶粒内孪晶界的数量,进而减少孪晶和晶界交汇处位错源的生成,增强了屈服强度。此外,温度的变化会影响原子的活跃程度和晶格的变形机制。随着温度的升高,原子间结合力下降,晶界附近原子结构无序化和HCP-BCC相变程度加剧引起材料的弹性模量、屈服强度下降,同时位错形核与运动的加剧影响了材料的塑性变形。

关键词：纳米孪晶钛孪晶密度位错温度分子动力学

2020年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述

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中国机械工程 2021年第6期32卷 631-637页

作者：叶鑫李宏伟杨志勃赖一楠国家自然科学基金委员会工程与材料科学部北京100085

介绍了2020年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科(工程科学二处)科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况;阐述了学科在防控新冠肺炎疫情、落实科学基金改革任务、开展学术研讨... 详细信息

介绍了2020年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科(工程科学二处)科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况;阐述了学科在防控新冠肺炎疫情、落实科学基金改革任务、开展学术研讨与交流、加强人才培养与团队建设等方面的具体举措以及学科“十四五”和2021—2035年中长期发展规划战略研究工作。

关键词：机械设计与制造学科国家自然科学基金科学基金改革典型成果

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复合材料结构损伤识别与健康监测展望

振动.测试与诊断 2018年第1期38卷 1-10+202页

作者：陈雪峰杨志勃田绍华孙瑜孙若斌左浩许才彬西安交通大学机械工程学院

复合材料构件是航空发动机、飞机机翼、机身和风力发电机等结构的重要组成部分,在包括航空、机械和土木工程等领域有极其重要的应用,然而受到其内部结构复杂性和制造缺陷的影响,复合材料的服役性能一直是制约结构安全性和经济性的一大瓶... 详细信息

复合材料构件是航空发动机、飞机机翼、机身和风力发电机等结构的重要组成部分,在包括航空、机械和土木工程等领域有极其重要的应用,然而受到其内部结构复杂性和制造缺陷的影响,复合材料的服役性能一直是制约结构安全性和经济性的一大瓶颈,因此针对复合材料结构的损伤识别和健康监测是领域内的研究热点及难点。笔者在论述了目前国内外技术发展和应用的基础上,系统地比较了复合材料结构损伤识别和健康监测的关键技术,讨论了该类技术的发展方向并进行了总结和展望。

关键词：复合材料损伤识别结构健康监测损伤监测

碳纤维层合板Lamb波损伤检测的加权块稀疏成像法

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西安交通大学学报 2019年第6期53卷 176-182页

作者：徐冠基许才彬杨志勃陈雪峰中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

针对Lamb波稀疏阵列损伤成像方法中存在的成像分辨率低、伪点干扰大的问题,基于损伤在被测结构中的稀疏先验,提出了一种加权块稀疏重构的Lamb波损伤成像方法。首先通过Lamb波在薄板类结构中的线性传播模型,结合稀疏传感器阵列信息,构造... 详细信息

针对Lamb波稀疏阵列损伤成像方法中存在的成像分辨率低、伪点干扰大的问题,基于损伤在被测结构中的稀疏先验,提出了一种加权块稀疏重构的Lamb波损伤成像方法。首先通过Lamb波在薄板类结构中的线性传播模型,结合稀疏传感器阵列信息,构造过完备Lamb波散射的块稀疏字典;其次将测量得到的Lamb波散射信号在所构建的过完备字典下进行稀疏表示,将Lamb波损伤成像问题转化为加权l1范数最小化的凸优化问题;最后通过谱梯度投影法,求解所建立的加权块稀疏凸优化模型,得到损伤散射信号在该字典下的稀疏表示系数并以此作为损伤指标,实现对被测结构的损伤成像。碳纤维层合板上的模拟损伤成像结果表明:所提方法在单损伤成像中的定位误差为3.16mm,在双损伤成像中的最大定位误差为4.24mm。实验验证了所提方法的有效性,与传统延迟叠加成像法的对比表明,所得损伤成像结果具有更高的分辨率,更小的伪点干扰,但同时也需要更大的计算量。

关键词： Lamb波稀疏重构损伤检测碳纤维层合板结构健康监测

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基于压缩感知的叶端定时信号参数辨识方法

航空学报 2021年第5期42卷 215-225页

作者：许敬晖乔百杰滕光蓉杨志勃陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 中国航空发动机有限公司四川燃气涡轮研究院成都610500

叶端定时技术作为一种非接触式测量手段,在实际应用中的主要问题之一是测量信号欠采样。压缩感知方法是解决信号欠采样问题的有效手段,但由于求解过程中引入了正则化项,在提高稀疏度时,降低了幅值重构精度,而转子叶片振动幅值参数的准... 详细信息

叶端定时技术作为一种非接触式测量手段,在实际应用中的主要问题之一是测量信号欠采样。压缩感知方法是解决信号欠采样问题的有效手段,但由于求解过程中引入了正则化项,在提高稀疏度时,降低了幅值重构精度,而转子叶片振动幅值参数的准确辨识对于叶片动应力重构具有重要意义。将叶片振动方程设计矩阵与压缩感知字典相结合,在不依赖先验信息的条件下对叶片振动参数进行辨识。首先,根据振动方程设计矩阵形式及关注的最大振动频率,构造压缩感知字典;其次,通过叶端定时信号稀疏表示中的非零元素所在位置,从压缩感知字典中提取对应原子构成设计矩阵进而求得振动参数;接着,叶端定时(BTT)模拟仿真结果表明,所提方法可有效辨识叶片单模态、多模态振动参数;最后,开展旋转叶片振动测试试验,同时利用应变片和叶端定时系统采集振动信号,结果表明,与应变片测量结果相比,提出的方法振动频率辨识相对误差仅为0.14%;对比4个叶片的位移-应变传递比,其中偏离均值的最大百分比仅为2.15%。

关键词：叶端定时压缩感知幅值辨识频率辨识转子叶片

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采用非相关字典学习的滚动轴承故障诊断方法

西安交通大学学报 2019年第6期53卷 29-34页

作者：张志强孙若斌徐冠基杨志勃陈雪峰中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对轴承振动信号中早期故障特征难以识别的问题,提出了利用非相关字典学习稀疏提取微弱冲击特征,进而完成故障诊断的方法。字典的构造是影响稀疏表示算法性能的关键步骤,而传统字典学习方法构造的冗余字典,原子之间具有很强的相关性,... 详细信息

针对轴承振动信号中早期故障特征难以识别的问题,提出了利用非相关字典学习稀疏提取微弱冲击特征,进而完成故障诊断的方法。字典的构造是影响稀疏表示算法性能的关键步骤,而传统字典学习方法构造的冗余字典,原子之间具有很强的相关性,不足以表现信号不同的结构特性,也不利于信号准确稀疏重构,进而影响了冲击故障特征信号的提取。因此,在K均值奇异值分解算法(K-SVD)的基础上加入了原子解相关的步骤,形成了非相关字典学习算法(INK-SVD)。采用INK-SVD算法在含噪振动信号段样本中,学习构造低相关性自适应字典;在此基础上,利用稀疏表示方法准确提取冲击故障特征,从而实现更准确的轴承故障诊断。通过仿真分析及实验数据分析,与传统字典学习方法相比,该方法稀疏系数恢复精确度更高,重构信号的包络解调谱更有利于故障特征的辨识,从而验证了该方法的有效性。

关键词：稀疏表示非相关字典学习特征提取故障诊断

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转子叶片碰磨故障诊断的叶端定时方法

航空制造技术 2022年第20期65卷 24-33页

作者：吴淑明陈雪峰杨志勃西安交通大学西安710049

叶端定时技术是近年来兴起的可用于整级叶盘健康监测的非接触式测量技术,为转子叶片振动的在线监测与故障诊断提供了可能。针对转子叶片常见的碰磨故障,分别建立了单叶片与整级叶盘动力学模型,分析了上述两种模型在碰磨故障下的叶尖动... 详细信息

叶端定时技术是近年来兴起的可用于整级叶盘健康监测的非接触式测量技术,为转子叶片振动的在线监测与故障诊断提供了可能。针对转子叶片常见的碰磨故障,分别建立了单叶片与整级叶盘动力学模型,分析了上述两种模型在碰磨故障下的叶尖动态响应;提出了受碰磨影响较为明显的振动指标;阐述了碰磨状态下传感器之间及叶片之间的叶端定时信号特征,通过增强稀疏分解算法对叶端定时欠采样信号进行了特征提取;提出了一套用于诊断碰磨故障的流程。通过自主搭建的碰磨试验台验证了提出方法的有效性。

关键词：叶端定时碰磨动力学建模稀疏分解故障诊断

转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统的叶尖振动特性

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航空学报 2024年第4期45卷 90-104页

作者：吴志渊赵林川颜格胡海峰杨志勃张文明上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 国防科技大学装备综合保障国防科技重点实验室长沙410075 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

航空发动机叶片在极端恶劣环境中工作,容易产生裂纹进而缩短叶片寿命,严重影响航空发动机的安全运行。以转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统为研究对象,采用有限元、假设模态混合的建模策略,利用有限元模拟转轴,基于Kirch⁃hoff板理论、Timoshe... 详细信息

航空发动机叶片在极端恶劣环境中工作,容易产生裂纹进而缩短叶片寿命,严重影响航空发动机的安全运行。以转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统为研究对象,采用有限元、假设模态混合的建模策略,利用有限元模拟转轴,基于Kirch⁃hoff板理论、Timoshenko梁理论模拟轮盘、旋转叶片,并根据时变的释放应变能确定呼吸裂纹导致的时变损失刚度,建立了相应的动力学模型;通过对比耦合系统的固有特性和振动响应验证了提出方法的正确性;剖析了重力载荷、转子不平衡力、气动载荷对叶尖振动特性的影响,并研究了不同无量纲裂纹深度和裂纹位置对叶尖振动特性的影响。研究结果表明:健康叶片中,重力载荷会导致叶片产生振动,转子不平衡力会导致叶片发生静变形;在旋转状态下,裂纹叶片导致叶尖弯曲位移产生偏移量;在气动载荷作用下,呼吸裂纹导致叶片发生非线性振动;常值分量与转频幅值比、常值分量与气动激励频率幅值比是评价呼吸裂纹的有效指标。本文的建模方法和分析结论可为航空发动机叶片裂纹故障诊断提供了一定的理论依据。

关键词：转轴-轮盘-裂纹叶片呼吸裂纹重力载荷转子不平衡力气动载荷