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基于EMD-DCS的滚动轴承伪故障特征识别方法

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振动与冲击 2020年第9期39卷 9-16页

作者：池永为杨世锡焦卫东刘学坤浙江大学机械工程学院杭州310027 浙江师范大学工学院浙江金华321004

伪故障特征是健康零部件振动信号中具有的故障特征,伪故障特征是由系统内故障零部件引起的。由于滚动轴承伪故障特征与故障特征具有相似性,针对转子-轴承系统中滚动轴承伪故障特征识别问题,提出一种基于经验模式分解(Empirical Mode Dec... 详细信息

伪故障特征是健康零部件振动信号中具有的故障特征,伪故障特征是由系统内故障零部件引起的。由于滚动轴承伪故障特征与故障特征具有相似性,针对转子-轴承系统中滚动轴承伪故障特征识别问题,提出一种基于经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和循环平稳度(Degree of Cyclostationarity,DCS)的伪故障特征识别方法。利用滚动轴承健康信号和伪故障信号对比分析基于单通道伪故障信号进行滚动轴承故障诊断的技术难点;建立了考虑滚动轴承打滑率的转子-轴承系统动力学模型;利用时频分析方法和循环平稳分析方法对滚动轴承伪故障特征进行分析;给出了基于EMD-DCS的滚动轴承伪故障特征识别流程;在滚动轴承故障模拟实验台上开展了滚动轴承伪故障特征识别实验。实验结果表明:基于EMD-DCS的滚动轴承伪故障信号识别方法可以有效区分滚动轴承故障特征与伪故障特征。该研究工作对于提高滚动轴承故障诊断准确率、保障设备安全运行具有理论意义和实际应用价值。

关键词：转子-轴承系统滚动轴承伪故障特征单通道信号经验模式分解(EMD) 循环平稳度(DCS)

约束模块在软性磨粒流精整加工中的应用及其设计方法

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约束模块在软性磨粒流精整加工中的应用及其设计方法

作者：池永为浙江工业大学

学位级别：硕士

约束模块作为软性磨粒流加工方法的核心构件,不仅能实现对湍流流场的按需调控,且可以完成有效加工区域的拓展与迁移。针对此问题,本文提出了一种面向软性磨粒流加工的约束模块设计方法,并完成了相关验证实验,主要工作结论描述如下: ... 详细信息

约束模块作为软性磨粒流加工方法的核心构件,不仅能实现对湍流流场的按需调控,且可以完成有效加工区域的拓展与迁移。针对此问题,本文提出了一种面向软性磨粒流加工的约束模块设计方法,并完成了相关验证实验,主要工作结论描述如下: （1）基于固-液两相流边界层理论建立了可应对约束流道环境下软性磨粒流磨粒入射壁面过程的颗粒运动轨迹数学模型。针对稀疏磨粒流在湍流状态下的壁面接触问题,提出了一种游离磨粒入射壁面速度与角度计算方法,为软性磨粒流近壁区域微切削效应提供了可靠依据。（2）针对具体的约束流道条件,基于可实现（Realizable） k-ε模型和混合（Mixture）模型建立了软性磨粒流加工过程动力学模型。针对磨粒流经过弧形约束模块的绕流偏转现象,利用涡旋结构分析方法揭示了软性磨粒流加工过程中表面动压力不对称机理。（3）提出了可满足软性磨粒流加工需求的约束模块普适设计方法。基于软性磨粒流加工实验平台,设计了可移动式约束模块,并完成了加工实验。结果证明:约束突起结构对动压力、磨粒体积分数、磨粒入射速度有明显调控作用,且可以实现有效加工区域的迁移,证明了本文方法的可行性与有效性。

关键词：软性磨粒流精整加工约束模块边界层颗粒入射模型设计方法

结构化流道环境下不同颗粒浓度的磨粒群分布及其动力学特性

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农业工程学报 2012年第4期28卷 45-53,F0002页

作者：计时鸣钟佳奇谭大鹏池永为李琛浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310014

结构化表面流道内,由于流体相的驱动作用,磨粒与磨粒之间、磨粒与壁面之间产生相互碰撞,从而壁面不断受到冲击力和摩擦力而发生磨损。该文基于液-固两相流体耦合理论,利用欧拉-欧拉多相流模型中的mixture模型和Realizablek-ε湍流模型对... 详细信息

结构化表面流道内,由于流体相的驱动作用,磨粒与磨粒之间、磨粒与壁面之间产生相互碰撞,从而壁面不断受到冲击力和摩擦力而发生磨损。该文基于液-固两相流体耦合理论,利用欧拉-欧拉多相流模型中的mixture模型和Realizablek-ε湍流模型对V型纹理半环形截面流道内液-固两相流在不同颗粒浓度下运行时的壁面湍流效应进行了数值模拟,计算了流场中湍流速度及湍动性能等参数。模拟结果表明:V型纹理的流道有利于涡流的产生,因此可以通过配置V型纹理的约束模块来提高湍流的紊乱程度;随着颗粒浓度的增大,在一定范围内磨粒流的速度逐渐增大,磨粒流的湍动能逐渐减小,磨粒体积分数的波动振幅越来越小;颗粒浓度的选择应适当,不同的颗粒浓度可以产生不同的磨粒流综合性能和颗粒分布效果。

关键词：磨粒动力学数值方法结构化表面精密加工颗粒浓度

圆柱类金属构件表面裂纹的激光超声识别方法研究

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振动与冲击 2020年第5期39卷 10-17页

作者：刘学坤杨世锡刘永强池永为何俊浙江大学机械工程学院杭州310027

为了利用激光超声技术有效地识别圆柱表面裂纹,提出利用圆柱表面波信号增强和小波包-奇异值分解(WPT-SVD)方法识别圆柱类金属构件表面裂纹的位置和深度。建立了圆柱的激光超声显式有限元模型,分析了圆柱表面裂纹对表面波的模式转化作用... 详细信息

为了利用激光超声技术有效地识别圆柱表面裂纹,提出利用圆柱表面波信号增强和小波包-奇异值分解(WPT-SVD)方法识别圆柱类金属构件表面裂纹的位置和深度。建立了圆柱的激光超声显式有限元模型,分析了圆柱表面裂纹对表面波的模式转化作用。利用圆柱表面裂纹在激发源位置附近时激光超声扫描信号增强的现象,识别圆柱表面裂纹的位置。在已识别圆柱表面裂纹位置的基础上,通过分析圆柱表面裂纹检测信号的时频特点,利用WPT-SVD提取圆柱表面信号的时频特征,定义参数k r表征裂纹深度的变化,识别圆柱表面裂纹深度。搭建了激光超声圆柱表面裂纹检测实验系统,开展了实验研究,实验结果表明所提出的圆柱表面信号增强和WPT-SVD方法可以识别出圆柱表面裂纹的位置和深度。

关键词：激光超声圆柱表面裂纹识别

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多种约束流道环境下的软性磨粒流流场特性

农业工程学报 2011年第11期27卷 71-77,F0003页

作者：计时鸣池永为谭大鹏唐波李琛付有志浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室杭州310014

为了解决软性磨粒流加工中工件表面特定加工区域材料去除的难题,提出了一种通过改变约束模块结构控制约束流道内流场的方法。基于标准k-ε湍流模型和Mixture两相流模型,建立了面向液-固两相软性磨粒流湍流流型分析的动力学模型。以波浪... 详细信息

为了解决软性磨粒流加工中工件表面特定加工区域材料去除的难题,提出了一种通过改变约束模块结构控制约束流道内流场的方法。基于标准k-ε湍流模型和Mixture两相流模型,建立了面向液-固两相软性磨粒流湍流流型分析的动力学模型。以波浪形和矩形2种约束流道为具体模拟仿真对象,研究软性磨粒流流经2种约束流道过程中压力、速度等工艺参数。研究结果表明:简单流道内的湍流动能小于复杂流道内的湍动能,因此在流道内加入约束模块可提高湍流的紊乱程度;流道加工表面的静压力、动压力在波浪形约束模块作用下比在矩形约束模块的作用下流道性能有所提高,同时在波浪形流道内可根据约束形状形成明显的压力差值;加入不同形状的约束模块改变流道横截面积,可以改变加工表面压力、速度、磨粒入射角等工艺参数,并且能够获得更加明显的小涡流以提高加工精度。数值模拟结果为软性磨粒流加工工艺参数的选择提供了依据并部分通过试验得到验证。

关键词：湍流模型数值方法动力学模型软性磨粒流约束模块 Mixture模型边界层

基于Preston方程的软性磨粒流加工特性

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机械工程学报 2011年第17期47卷 156-163页

作者：计时鸣李琛谭大鹏袁巧玲池永为赵凌寒浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术浙江省重点实验室杭州310014

针对模具的细小尺度结构化表面难以进行光整加工的问题,提出一种基于固—液两相软性磨粒流精密加工新方法。利用软性磨粒流的湍流壁面效应,并配以约束模块,能够实现对模具结构化表面的无工具光整加工。基于对Preston方程及其修正系数的... 详细信息

针对模具的细小尺度结构化表面难以进行光整加工的问题,提出一种基于固—液两相软性磨粒流精密加工新方法。利用软性磨粒流的湍流壁面效应,并配以约束模块,能够实现对模具结构化表面的无工具光整加工。基于对Preston方程及其修正系数的分析研究,确定了软性磨粒流加工中的颗粒选择条件,并得到适用于软性磨粒流的切削经验公式。采用可实现k-ε湍流模型以及SIMPLEC算法,对软性磨粒流的压力、速度分布及运动曲线进行数值分析;通过对不同规格颗粒对壁面的压力进行仿真研究,得到适用于软性磨粒流加工的最佳颗粒尺寸。基于上述理论分析与数值模拟结果,搭建软性磨粒流加工试验平台,进行不同入口条件下的加工对比试验,并详细分析入口条件对工件表面形貌的影响。试验结果表明,软性磨粒流加工方法可以实现细微尺寸结构化表面的光整加工,有效提高加工的精度。

关键词：结构化表面 Preston方程软性磨粒流加工特性

基于剪切应力输运湍流模型的两相磨粒流动力学特性研究

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兵工学报 2012年第4期33卷 443-450页

作者：计时鸣付有志谭大鹏李琛唐波池永为浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江杭州310014

为了解决软性磨粒流加工方法(SAFM)中磨粒流动力学特性难以进行实验的问题,提出一种基于剪切应力输运(SST)湍流模型的数值模拟研究方法。该模型继承了k-ω模型和标准k-ε模型的优点,对近壁区有较高的仿真精度。利用SST湍流模型与流体混... 详细信息

为了解决软性磨粒流加工方法(SAFM)中磨粒流动力学特性难以进行实验的问题,提出一种基于剪切应力输运(SST)湍流模型的数值模拟研究方法。该模型继承了k-ω模型和标准k-ε模型的优点,对近壁区有较高的仿真精度。利用SST湍流模型与流体混合模型相结合的方法,以工程中常见的U形流道作为数值模拟对象,对磨粒流动力学特性进行研究。分析数值模拟结果,得到流道内磨粒流的压力和速度的分布规律:楔形流道内,磨粒流的压力相对于等截面流道明显增大,并且楔形流道内湍流程度一直处于发展状态。设计了颗粒轨迹观测实验平台,基于该平台对流道内颗粒轨迹进行研究发现:虽然流体在壁面处的速度为0,但流体中的颗粒依然对壁面产生碰撞。通过理论与实验研究,揭示了流道内两相磨粒流动力学特性,为软性磨粒流加工提供了理论基础,并提供了约束模块的设计方法。

关键词：机械制造工艺与设备软性磨粒流剪切应力输运数值模拟湍流脉动

基于LSTM-RNN的滚动轴承故障多标签分类方法

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振动．测试与诊断 2020年第3期40卷 563-571,629页

作者：池永为杨世锡焦卫东浙江大学机械工程学院杭州310027 浙江师范大学工学院金华321004

为了提高长短时记忆神经网络模型(long short-term memory recurrent neural network,简称LSTM-RNN)对滚动轴承故障分类的正确率并减少训练样本量,提出一种基于多标签LSTM-RNN的滚动轴承故障分类方法。首先,建立滚动轴承故障信号仿真模... 详细信息

为了提高长短时记忆神经网络模型(long short-term memory recurrent neural network,简称LSTM-RNN)对滚动轴承故障分类的正确率并减少训练样本量,提出一种基于多标签LSTM-RNN的滚动轴承故障分类方法。首先,建立滚动轴承故障信号仿真模型,分析滚动轴承故障仿真信号频谱特征及其故障分类特点;其次,结合多标签LSTM-RNN模型结构特点,对滚动轴承频谱特征向量进行编码,并利用仿真故障信号验证多标签LSTM-RNN分类方法的有效性;最后,搭建滚动轴承故障模拟试验台,采集3类转速不同故障类型滚动轴承故障振动信号,并采用3种特征提取方法得到共9组试验数据,基于该数据对多标签LSTM-RNN分类方法和单标签LSTM-RNN分类方法进行对比试验。试验结果表明:多标签LSTM-RNN分类方法相比于单标签LSTM-RNN分类方法,平均分类正确率从69.07%提高到99.21%;在保证两种分类方法正确率相近情况下,多标签LSTM-RNN分类方法训练所需样本量比单标签LSTM-RNN分类方法平均减少69.55%。多标签LSTM-RNN分类方法适用于复杂振动信号分类,对于实现快速准确的旋转机械故障诊断具有应用价值。

关键词：滚动轴承故障分类多标签分类循环神经网络长短时记忆

旋转机械系统故障演化机理的空间多尺度建模方法

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旋转机械系统故障演化机理的空间多尺度建模方法