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MIMO窄带加宽带非高斯随机振动试验研究

航空学报 2022年

作者：马益贺旭东陈怀海郑荣慧南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

本文提出了一种用于多输入多输出窄带加宽带非高斯随机振动试验方法。首先，详细分析了随机相位与非高斯随机信号偏度和峭度的关系，提出了一种可用于快速生成具有指定偏度和峭度的迭代相位调节法。其次，根据控制通道之间的耦合关系，...

本文提出了一种用于多输入多输出窄带加宽带非高斯随机振动试验方法。首先，详细分析了随机相位与非高斯随机信号偏度和峭度的关系，提出了一种可用于快速生成具有指定偏度和峭度的迭代相位调节法。其次，根据控制通道之间的耦合关系，利用各通道之间随机相位的不相关特性，实现了多通道非高斯随机信号生成的解耦。然后，将生成的非高斯随机信号作为参考输出响应，采用时域逆系统方法生成驱动信号，并利用控制算法分别对响应信号的功率谱、偏度和峭度进行控制。最后，通过三轴向振动台试验验证了本文提出的多输入多输出窄带加宽带非高斯随机振动试验方法的可行性。结果表明，控制点上加速度的功率谱被控制在了±3dB的容差限内，满足预设的容差要求。同时，时域响应信号的峭度和偏度也满足给定的参考要求。

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时间序列模型中的随机共振现象

振动．测试与诊断 2014年第1期34卷 108-112,193页

作者：何俊陈怀海贺旭东南京航空航天大学航空宇航学院南京 210016

在滑动自回归(auto-regressive and moving average,简称ARMA)时间序列模型的基础上,利用模态稳定性图来确定系统真实模态,描述了在求解过程中产生的随机共振现象。借助悬臂梁的有限元模型,利用精细时程积分方法计算得到了其加速度脉冲... 详细信息

在滑动自回归(auto-regressive and moving average,简称ARMA)时间序列模型的基础上,利用模态稳定性图来确定系统真实模态,描述了在求解过程中产生的随机共振现象。借助悬臂梁的有限元模型,利用精细时程积分方法计算得到了其加速度脉冲响应函数,建立了用于振动模态识别的ARMA模型。在利用模态稳定性图来确定系统真实模态的过程中发现,加入合适的噪声信号可以有效地改善识别结果,剔除虚假模态,即产生了随机共振现象。对悬臂梁进行时变化处理后,随机共振现象较之前不变系统更加显著,对最终识别结果产生了明显的优化作用。

关键词：滑动自回归模型稳定图随机共振时变系统模态频率

多轴向与单轴向随机激励下结构动力学响应对比研究

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振动与冲击 2017年第14期36卷 194-201,226页

作者：贺光宗陈怀海孙建勇山东理工大学交通与车辆工程学院山东淄博255049 南京航空航天大学航空宇航学院南京210016 中国航空综合技术研究所北京100028

为了分析结构在多轴向与单轴向振动环境下疲劳失效行为存在的差异,从理论分析、数值仿真以及试验研究三个方面,对典型结构开展了多轴向与单轴向随机振动环境下动力学响应对比研究。研究结果表明:多轴向振动环境能够同时激发结构不同方... 详细信息

为了分析结构在多轴向与单轴向振动环境下疲劳失效行为存在的差异,从理论分析、数值仿真以及试验研究三个方面,对典型结构开展了多轴向与单轴向随机振动环境下动力学响应对比研究。研究结果表明:多轴向振动环境能够同时激发结构不同方向的模态振型,在三个轴向互不相关的振动环境下,结构的动力学响应为各个方向单轴向振动时引起的动力学响应的叠加;若各轴向载荷间存在相关性,则其相关性对结构动力学响应存在明显影响,且影响是有规律的。对以上结论产生的原因进行了分析研究,为两种工况下结构振动疲劳失效行为的研究奠定了基础。

关键词：动力学响应多轴向随机振动振动疲劳模态振型

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一种MIMO非高斯振动的逆多步预测法

振动．测试与诊断 2020年第4期40卷 812-817,831页

作者：郑威陈怀海郑荣慧南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

为了实现多输入多输出(multi-input-multi-output,简称MIMO)非高斯振动试验控制,提出了一种MIMO非高斯振动逆多步预测法。首先,该方法基于广义高斯分布构造零记忆非线性变换,并使用该变换生成非高斯参考信号;其次,推导系统的逆多步预测... 详细信息

为了实现多输入多输出(multi-input-multi-output,简称MIMO)非高斯振动试验控制,提出了一种MIMO非高斯振动逆多步预测法。首先,该方法基于广义高斯分布构造零记忆非线性变换,并使用该变换生成非高斯参考信号;其次,推导系统的逆多步预测模型,将参考信号作为该模型的输入,生成试验所需的驱动信号;然后,在控制过程中分别根据控制点的功率谱密度和峭度与相应控制目标之间的误差,对参考非高斯信号进行调整,并利用逆多步预测模型对驱动信号进行更新,以实现非高斯振动控制;最后,进行三轴振动台试验。试验结果表明,该方法对功率谱与峭度都取得了良好的控制效果,验证了其可行性。

关键词：非高斯逆系统振动试验多输入多输出

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利用快速子空间跟踪的时变模态参数识别

应用力学学报 2018年第2期35卷 423-427页

作者：张振华贺旭东陈怀海浙富控股集团股份有限公司杭州310000 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

提出利用一种快速子空间跟踪技术(API)解决基础激励下时变系统的模态参数识别问题。利用指数窗和截断窗更新状态向量及其压缩向量的互相关矩阵,通过正交化确保特征权重矩阵的正交性,推导特征权重矩阵的递推公式。数值仿真时在API方法中... 详细信息

提出利用一种快速子空间跟踪技术(API)解决基础激励下时变系统的模态参数识别问题。利用指数窗和截断窗更新状态向量及其压缩向量的互相关矩阵,通过正交化确保特征权重矩阵的正交性,推导特征权重矩阵的递推公式。数值仿真时在API方法中加入数据更新速率,利用结构在基础激励下的动力学方程,通过数值方法获得时变系统随机振动响应,仿真结果表明该方法既能保证识别精度,又能减少计算量。

关键词：随机子空间参数识别 API算法基础激励时间结构

土壤多环芳烃原位污染及其耐受细菌群落结构和降解特性的研究

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土壤多环芳烃原位污染及其耐受细菌群落结构和降解特性的研究

作者：陈怀海浙江大学

学位级别：硕士

多环芳烃是自然界,尤其是土壤中广泛存在的一类持久性有机污染物,其“三致”效应和生物毒性对人类的生存危害极大。本文选取江苏省无锡市锡山区某锻造厂附近被工厂排放的烟尘长期污染的农地作为研究对象,首先分析了土壤多环芳烃的原位... 详细信息

多环芳烃是自然界,尤其是土壤中广泛存在的一类持久性有机污染物,其“三致”效应和生物毒性对人类的生存危害极大。本文选取江苏省无锡市锡山区某锻造厂附近被工厂排放的烟尘长期污染的农地作为研究对象,首先分析了土壤多环芳烃的原位污染特征;其次采用分级提取法分析了不同植物种类和植物根际作用对土壤中可提取态和有机质结合态多环芳烃含量的影响,并结合毒性当量因子评价了多环芳烃的致毒效应;第三采用PCR-DGGE技术研究了多环芳烃污染土壤和多环芳烃富集菌群的细菌群落结构,通过克隆和测序,鉴定了细菌的种类;最后探讨了多环芳烃耐受菌群对以菲和芘为代表的多环芳烃的降解特性。（1）实验结果证明,污染地区土壤的多环芳烃含量较高,显著高于欧洲和美国现行的土壤多环芳烃污染标准。该采样点农地土壤长期被附近工厂排放的烟尘污染,因此土壤中的多环芳烃最可能是来源于工厂里煤炭的燃烧。（2）分级提取法测定土壤中多环芳烃含量的结果表明,所有溶剂可提取态组分中,以二氯甲烷可提取态多环芳烃组分为主,而结合态多环芳烃组分中则以粗腐殖质结合态多环芳烃组分为主,且这两种组分在根际土壤中的含量明显低于非根际土壤。并且,对于非根际土壤来说,不同植物之间,分级提取得到的多环芳烃浓度差异明显,尤其是可提取态组分中的正丁醇可提取态以及二氯甲烷可提取态多环芳烃组分。而根际作用的影响相对较小。同一种植物根际与非根际土壤之间的分级提取结果差异不大（3）根际土壤中多环芳烃的毒性当量浓度（TECs）显著低于非根际土壤,粗腐殖质可提取态组分所占的比重也有显著降低,表明毒性当量因子大的大分子量多环芳烃可能因为分子直径大而不容易进入粗腐殖质。并且,应用了毒性当量因子后,不同植物间毒性效应的差异也变得更大。（4）虽然土壤中多环芳烃浓度的很高,但是植物组织中多环芳烃含量很低,说明植物对多环芳烃的富集能力可以忽略不计,最小二乘回归分析结果说明,植物中的多环芳烃含量与土壤中腐殖质结合态多环芳烃的含量相关性最高。（5）通过PCR-DGGE技术,发现土壤中的微生物群落十分丰富,根际微生物的群落结构多样性要大于非根际微生物的群落结构多样性。聚类分析结果表明,土壤的根际作用显著影响了土壤微生物的群落结构组成。经过了多环芳烃富集驯化后,具有代谢降解多环芳烃能力的细菌群落的多样性明显少于土壤微生物群落的多样性。聚类分析结果表明,与之前土壤微生物群落结构的结论相反,植物的种类对土壤多环芳烃耐受菌群群落结构的影响大于土壤的根际作用。（6）DGGE条带测序结果显示,多环芳烃耐受菌分属于厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形细菌门（Proteobacteria）,包括Alpha-, Beta-和Gamma-proteobacteria三个纲等9个属。纯菌的测序结果显示,9株纯菌分属于厚壁菌门（Firmicutes）、β变形细菌门（Betaproteobacteria）和γ变形细菌门（Gammaproteobacteria）的5个属。（7）大豆根际土壤的多环芳烃耐受菌群对菲和芘的降解研究结果显示,在10-14天内,耐受菌群能高效利用菲和芘作为唯一碳源而降解高分子量多环芳烃,降解率高达98%。

关键词：多环芳烃植物根际作用分级提取法毒性当量因子群落结构 PCR-DGGE 降解特性

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基于接触分析的螺栓连接刚度计算及模态验证

国外电子测量技术 2022年第3期41卷 45-51页

作者：陈磊磊贺旭东陈怀海南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

在考虑螺栓预紧力和连接界面接触的情况下,将连接结构分成螺栓预紧力作用的主区域和界面因螺栓连接而发生接触效应的接触面副区域两部分,然后结合赫兹接触理论和M-B分形模型,分别建立了两部分区域螺栓连接的法向刚度和切向刚度计算模型... 详细信息

在考虑螺栓预紧力和连接界面接触的情况下,将连接结构分成螺栓预紧力作用的主区域和界面因螺栓连接而发生接触效应的接触面副区域两部分,然后结合赫兹接触理论和M-B分形模型,分别建立了两部分区域螺栓连接的法向刚度和切向刚度计算模型。该刚度计算模型结合薄层单元可应用于结构的有限元建模。通过对不同螺栓连接形式的梁和板模型以及舱段圆筒模型进行有限元建模及动力学仿真,仿真模态分析结果与实测模态实验结果对比,最大误差小于6%。验证结果表明了该螺栓连接刚度计算模型的有效性。

关键词：螺栓连接连接刚度赫兹接触理论 M-B分形模型薄层单元

基于逆系统方法的多输入多输出非高斯驱动信号生成

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航空学报 2016年第5期37卷 1544-1551页

作者：陈怀海王鹏宇孙建勇南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 中国航空综合技术研究所北京100028

多输入多输出(MIMO)振动环境试验是振动试验的新方法,该方法比传统的单输入单输出(SISO)方法更真实地模拟了结构在实际工作下的振动环境。传统随机振动试验的频域方法所模拟的是平稳高斯信号,但是实际振动环境往往是超高斯的,且超高斯... 详细信息

多输入多输出(MIMO)振动环境试验是振动试验的新方法,该方法比传统的单输入单输出(SISO)方法更真实地模拟了结构在实际工作下的振动环境。传统随机振动试验的频域方法所模拟的是平稳高斯信号,但是实际振动环境往往是超高斯的,且超高斯激励和高斯激励对结构的损害差异很大,因此对MIMO超高斯振动环境试验的研究十分重要。驱动信号的产生是振动环境试验的关键。提出一种基于逆系统的MIMO超高斯驱动信号生成方法。首先,根据给定的响应参考功率谱密度(PSD)和参考峭度值采用相位调节法生成参考响应超高斯伪随机信号;其次,利用逆系统方法生成超高斯伪随机驱动信号;最后,对伪随机驱动信号进行时域随机化处理得到超高斯真随机驱动信号。对一根两输入两输出的悬臂梁模型进行了仿真验证,结果表明,采用本文方法所得到的驱动信号加载在梁上后,其输出响应谱与给定参考谱之间的误差完全满足工程中常用的±3dB的要求,而且峭度也与给定的参考值十分接近,证实了所提方法的有效性。

关键词：振动环境试验多输入多输出功率谱密度超高斯峭度逆系统

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多轴平稳非高斯随机振动试验控制方法

振动工程学报 2022年

作者：郑荣慧李晋鹏魏小辉陈怀海南京航空航天大学航空学院机械结构力学及控制国家重点实验室航天科工防御技术研究试验中心

多轴向平稳非高斯随机振动控制试验能够对指定响应信号的时频域特征进行同时控制。提出了一种快速生成具有指定功率谱密度、斜度和峭度的平稳非高斯随机振动信号生成方法。通过频率采样方法将目标功率谱密度设计成滤波器，利用非线性变... 详细信息

多轴向平稳非高斯随机振动控制试验能够对指定响应信号的时频域特征进行同时控制。提出了一种快速生成具有指定功率谱密度、斜度和峭度的平稳非高斯随机振动信号生成方法。通过频率采样方法将目标功率谱密度设计成滤波器，利用非线性变换方法获取非高斯随机信号，再将此信号经过设计的滤波器以获得满足要求的非高斯随机信号。该方法简单快速并克服了传统非线性变换方法的缺点。进一步将此方法应用于三轴向平稳非高斯随机振动试验中，给出了三轴向非高斯随机振动控制的闭环均衡步骤，能够同时对信号的功率谱自谱、相干系数、相位差以及斜度和峭度进行解耦控制。文末进行了三轴向平稳非高斯随机振动控制试验，三个方向上加速度信号的功率谱密度、斜度和峭度控制效果均令人满意，满足工程应用要求。

关键词：平稳非高斯多轴振动斜度峭度功率谱密度