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Gearbox Fault Diagnosis using Adaptive Zero Phase Time-varying Filter Based on Multi-scale Chirplet Sparse Signal Decomposition

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2013年第4期26卷 831-838页

作者： WU Chunyan LIU Jian PENG Fuqiang yu dejie LI Rong State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body Hunan University

When used for separating multi-component non-stationary signals, the adaptive time-varying filter(ATF) based on multi-scale chirplet sparse signal decomposition(MCSSD) generates phase shift and signal distortion. To overcome this drawback, the zero phase filter is introduced to the mentioned filter, and a fault diagnosis method for speed-changing gearbox is proposed. Firstly, the gear meshing frequency of each gearbox is estimated by chirplet path pursuit. Then, according to the estimated gear meshing frequencies, an adaptive zero phase time-varying filter(AZPTF) is designed to filter the original signal. Finally, the basis for fault diagnosis is acquired by the envelope order analysis to the filtered signal. The signal consisting of two time-varying amplitude modulation and frequency modulation(AM-FM) signals is respectively analyzed by ATF and AZPTF based on MCSSD. The simulation results show the variances between the original signals and the filtered signals yielded by AZPTF based on MCSSD are 13.67 and 41.14, which are far less than variances (323.45 and 482.86) between the original signals and the filtered signals obtained by ATF based on MCSSD. The experiment results on the vibration signals of gearboxes indicate that the vibration signals of the two speed-changing gearboxes installed on one foundation bed can be separated by AZPTF effectively. Based on the demodulation information of the vibration signal of each gearbox, the fault diagnosis can be implemented. Both simulation and experiment examples prove that the proposed filter can extract a mono-component time-varying AM-FM signal from the multi-component time-varying AM-FM signal without distortion.

关键词： zero phase time-varying filter multi-scale chirplet sparse signal decomposition speed-changing gearbox fault diagnosis

Optimization of uncertain acoustic metamaterial with Helmholtz resonators based on interval model

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Science China(Technological Sciences) 2017年第3期60卷 385-398页

作者： XIA BaiZhan QIN yuan CHEN Ning yu dejie JIANG Chao State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body Hunan University Changsha 410082 China

In summary,the interval uncertainty is introduced to the acoustic metamaterial with Helmholtz *** then,new descriptions(the conservative approximation,the unsafe approximation and the approximation precision)on uncertainties of physical properties of this interval acoustic metamaterial are ***,an optimization model for this interval acoustic metamaterial is *** organization of this paper is listed as *** acoustic transmission line method(ATLM)for an acoustic metamaterial with Helmholtz resonators is described in Section *** Section3,uncertain analysis of the interval acoustic metamaterial is *** Section 4,optimization model of the interval acoustic metamaterial is *** discussion on optimization results is shown in Section *** section 6,some conclusions are given.

关键词： acoustic metamaterial sound intensity transmission coefficient negative effective bulk modulus interval model optimization

Numerical analysis of the 2D acoustic field with epistemic uncertainty

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Chinese Journal of Acoustics 2017年第1期36卷 55-69页

作者： LIU Zuojun yu dejie WANG Hanbei CHEN Ning XIA Baizhan State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body Hunan University Changsha 410082

Aiming at the problem that the epistemic uncertain parameters exist in an acoustic field, an evidence theory-based finite element method （ETFEM） is proposed by introducing the evidence theory, in which the focal element and basic probability assignment （BPA） are used to describe the epistemic uncertainty. In order to reduce the computational cost, the interval analysis technique based on perturbation method is adopted to acquire the approximate sound pressure response bounds for each focal element. The corresponding formulations of intervals of expectation and standard deviation of the sound pressure response with epistemic uncertainty are deduced. The sound pressure response of a 2D acoustic tube and a 2D car acoustic cavity with epistemic uncertain parameters are analyzed by the proposed method. The proposed method is verified through the comparison of the analysis results of random acoustic field with that of epistemic uncertain acoustic field. Numerical analysis results show that the proposed method can analyze the 2D acoustic field with epistemic uncertainty effectively, and has good prospect of engineering application.

关键词： Numerical analysis of the 2D acoustic field with epistemic uncertainty

基于监督拉普拉斯分值和主元分析的滚动轴承故障诊断

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机械工程学报 2014年第5期50卷 88-94页

作者：欧璐于德介湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

在拉普拉斯分值(Laplaian score,LS)方法的基础上,提出一种监督拉普拉斯分值(Supervised laplaian score,SLS)特征选择方法。该方法同时考虑数据的标号信息和局部几何结构,避免LS方法中要设定近邻图参数的问题。将SLS和主元分析(Princip... 详细信息

在拉普拉斯分值(Laplaian score,LS)方法的基础上,提出一种监督拉普拉斯分值(Supervised laplaian score,SLS)特征选择方法。该方法同时考虑数据的标号信息和局部几何结构,避免LS方法中要设定近邻图参数的问题。将SLS和主元分析(Principal component analysis,PCA)相结合,提出基于SLS和PCA的滚动轴承故障诊断方法。该方法在时域和频域对滚动轴承振动信号进行特征提取,组成初始特征矢量;利用SLS进行特征选择,形成故障特征矢量;再对特征矩阵进行PCA降维处理,并用K近邻(K-nearest neighbor algorithm,KNN)分类算法实现滚动轴承不同故障类型的识别。应用实例表明,该方法能有效提取滚动轴承振动信号特征,诊断滚动轴承故障,且故障分辨率优于基于LS和PCA的故障诊断方法。

关键词：特征选择监督拉普拉斯分值主元分析故障诊断

路图傅里叶变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用

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机械工程学报 2015年第23期51卷 76-83页

作者：欧璐于德介湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

图信号处理(Graph signal processing,GSP)是由谱图理论发展起来的新研究领域。图傅里叶变换(Graph Fourier transformation,GFT)是图信号关于图拉普拉斯矩阵特征函数的展开,也是GSP的基础。对路图的GFT进行分析,发现GFT得到的特征值谱... 详细信息

图信号处理(Graph signal processing,GSP)是由谱图理论发展起来的新研究领域。图傅里叶变换(Graph Fourier transformation,GFT)是图信号关于图拉普拉斯矩阵特征函数的展开,也是GSP的基础。对路图的GFT进行分析,发现GFT得到的特征值谱与经典的傅里叶变换(Fourier transformation,FT)频谱有一一对应关系,同时,特征值谱的幅值与特征矢量也有对应关系。将GFT引入滚动轴承故障诊断,提出基于GFT特征提取和K-均值聚类的滚动轴承故障诊断方法。该方法先用GFT将滚动轴承的路图信号变换到特征值谱域;再计算特征值谱的统计量作为故障特征;最后运用K-均值聚类分类器识别滚动轴承的故障类型。对实际轴承振动信号的分析结果表明,基于GFT和K-均值聚类的故障诊断方法能准确有效地识别滚动轴承故障。

关键词：路图图傅里叶变换 K-均值聚类滚动轴承故障诊断

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汽车关门噪声优化方法的研究

汽车工程 2013年第3期35卷 243-248页

作者：杨川于德介湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对汽车关门低频噪声的控制问题,建立了一套优化流程。首先采用显式有限元法计算汽车关门动能和门锁反力;然后以关门动能最小为目标,以车门主要板件厚度为设计变量,在试验设计的基础上采用响应面法建立优化模型,用遗传算法进行优化,得... 详细信息

针对汽车关门低频噪声的控制问题,建立了一套优化流程。首先采用显式有限元法计算汽车关门动能和门锁反力;然后以关门动能最小为目标,以车门主要板件厚度为设计变量,在试验设计的基础上采用响应面法建立优化模型,用遗传算法进行优化,得到车门主要板件厚度的优化值。最后以某车型为实例进行关门动能优化,用间接边界元法对车门的辐射噪声声压级进行了数值分析,结果表明:该车型优化后的关门低频噪声明显减小。

关键词：汽车NVH 车门系统噪声控制优化

基于区间分析的汽车盘式制动器的稳定性分析与改进

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汽车工程 2016年第3期38卷 317-322页

作者：吕辉于德介湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

针对汽车制动噪声的抑制问题,基于区间不确定性分析,提出了一种汽车盘式制动器的稳定性分析与改进方法。该方法将制动器系统的摩擦因数、制动压力和磨损部件的厚度视为不确定性参数,并采用区间参数进行描述。以不稳定模态的阻尼比衡量... 详细信息

针对汽车制动噪声的抑制问题,基于区间不确定性分析,提出了一种汽车盘式制动器的稳定性分析与改进方法。该方法将制动器系统的摩擦因数、制动压力和磨损部件的厚度视为不确定性参数,并采用区间参数进行描述。以不稳定模态的阻尼比衡量系统的稳定性,将有限元复模态分析技术与响应面法相结合,建立了分析目标与系统参数间的隐式函数关系,实现了制动器稳定性分析模型的参数化。结合区间分析方法和可靠性分析方法,研究了某型车的盘式制动器系统的稳定性,分析了不确定性条件下制动器系统稳定性变化的统计规律,并从可靠性角度提出了改善系统稳定性的措施。该分析方法可为抑制制动噪声提供参考。

关键词：制动噪声区间分析稳定性不确定性复模态

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基于区间分析的汽车制动器不确定性优化

汽车工程 2015年第7期37卷 807-812页

作者：吕辉于德介湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

为抑制不确定参数汽车制动器的制动噪声,基于区间分析理论,将响应面法与优化技术相结合,提出了一种降低系统复模态负阻尼比以提高汽车制动器稳定性的优化方法。该方法采用拉丁超立方试验设计在设计变量和不确定参数构成的混合空间内采样... 详细信息

为抑制不确定参数汽车制动器的制动噪声,基于区间分析理论,将响应面法与优化技术相结合,提出了一种降低系统复模态负阻尼比以提高汽车制动器稳定性的优化方法。该方法采用拉丁超立方试验设计在设计变量和不确定参数构成的混合空间内采样,建立了包含不确定参数的制动器系统复模态负阻尼比的响应面近似模型;以系统结构参数为设计变量,以最小化系统复模态负阻尼比为优化目标,利用基于区间分析的不确定性优化方法对响应面近似模型进行优化。对某型车的浮钳盘式制动器的优化结果表明,采用该方法对汽车制动器进行优化,能在整个使用周期内有效减小制动器不稳定模态的负阻尼比,从而提高制动器的稳定性。

关键词：制动噪声不确定性区间分析优化

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基于约束函数的变胞机构变胞方程

机械工程学报 2012年第9期48卷 1-9页

作者：刘江南于德介湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

变胞机构拥有多个变换的稳态和变胞态,其拓扑构态描述与分析是变胞机构结构学的难点。采用数学分析方法,探索全面、简便而准确地描述和分析变胞机构构态拓扑结构的问题。根据运动副约束的特征,定义反映运动副类型、级别、自由度、方位... 详细信息

变胞机构拥有多个变换的稳态和变胞态,其拓扑构态描述与分析是变胞机构结构学的难点。采用数学分析方法,探索全面、简便而准确地描述和分析变胞机构构态拓扑结构的问题。根据运动副约束的特征,定义反映运动副类型、级别、自由度、方位、性质及其随时间变化情况等诸多特征信息的参数——运动副约束函数,采用矩阵法构建以约束函数为元素的机构变胞源运动链邻接矩阵。针对合并构件、分离构件、改变构件性质、新增运动副、消除运动副及改变运动副性质等六类机构变胞方式,分别定义相应的机构变胞函数和变胞矩阵,建立相邻稳态之间变胞态的机构变胞方程。应用实例表明,所定义的运动副约束函数、运动链邻接矩阵、变胞矩阵和变胞函数等概念能简便、广泛地描述变胞机构的构态特征,基于约束函数的机构变胞方程能准确地描述和分析机构相邻稳态之间变胞态的变换过程,为变胞机构的结构分析提供一种新的途径和方法,并为进一步的变胞机构运动学和动力学分析以及机构综合研究提供理论基础。

关键词：变胞机构约束函数变胞方程变胞函数变胞矩阵