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摩擦振动信号的经验模式分解和多重分形研究

振动与冲击 2016年第3期35卷 198-203页

作者：李精明魏海军魏立队杨智远刘竑大连海事大学轮机工程学院大连116026 上海海事大学商船学院上海201306

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的定量表征,在摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套—活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)对非线性、非平稳的摩擦振动信号进行分解,... 详细信息

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的定量表征,在摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套—活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用经验模式分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)对非线性、非平稳的摩擦振动信号进行分解,获得若干个本征模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF)。根据振幅范围和互相关系数,从EMD的所有IMF中选择反映摩擦振动特征的IMF分量重新合成摩擦振动特征信号,利用改进的多重分形算法对摩擦振动特征信号进行多重分形分析,得到摩擦振动信号的多重分形谱,进一步求取摩擦振动信号多重分形谱的宽度、极大值、维差以及非对称指数。研究结果表明,经验模式分解能够实现微弱摩擦振动特征信号的提取,多重分形谱参数可以作为摩擦振动信号的特征值。

关键词：经验模式分解多重分形谱参数摩擦振动

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摩擦振动时频图像特征提取

振动与冲击 2012年第7期31卷 46-49,62页

作者：黄朝明于洪亮关德林李国宾王鑫大连海事大学轮机工程学院大连116026

针对摩擦振动特征难以有效提取的问题,提出利用连续小波变换(CWT)时频谱图像和图像处理技术提取摩擦振动特征参数的方法。运用CWT变换绘制6S50MC船用柴油机缸套-活塞环试样摩擦振动信号的时频谱图,再用图像分割技术提取振动特征体及相... 详细信息

针对摩擦振动特征难以有效提取的问题,提出利用连续小波变换(CWT)时频谱图像和图像处理技术提取摩擦振动特征参数的方法。运用CWT变换绘制6S50MC船用柴油机缸套-活塞环试样摩擦振动信号的时频谱图,再用图像分割技术提取振动特征体及相应的特征参数,探讨特征参数与不同润滑剂润滑条件下缸套-活塞环摩擦振动特性的内在联系。结果表明,随着摩擦磨损过程的进行,摩擦振动信号特征参数出现规律性变化;不同润滑工况下的特征参数呈现出明显的差异,反映了摩擦磨损的状态。振动特征体特征参数能定量刻画摩擦振动信号的特征。

关键词：摩擦振动特征提取时频图像图像分割缸套-活塞环

干气密封环磨合过程摩擦振动信号混沌特性分析

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工程科学与技术 2021年第3期53卷 205-214页

作者：陈金林丁雪兴唐莉萍兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

磨合对防止干气密封环端面发生咬合、延长密封环使用寿命等具有一定影响,因而研究干气密封环在磨合过程中的变化特征,识别磨合状态有着重要意义。利用集合经验模态分解法(EEMD)提取端面间的摩擦振动信号,通过相空间重构,得到了摩擦振动... 详细信息

磨合对防止干气密封环端面发生咬合、延长密封环使用寿命等具有一定影响,因而研究干气密封环在磨合过程中的变化特征,识别磨合状态有着重要意义。利用集合经验模态分解法(EEMD)提取端面间的摩擦振动信号,通过相空间重构,得到了摩擦振动信号的相轨迹和混沌参数。利用主分量分析法(PCA)和最大Lyapunov指数判别法,验证摩擦振动信号时间序列的混沌特性;并研究了吸引子结构演化轨迹及其特征参数关联维数的变化规律。结果表明:当转速为500 r/min、载荷为150 N和450 N时,磨合到稳定的过程中,各个摩擦振动信号时间序列的最大Lyapunov指数全部大于0,主成分分量谱图基本呈一条斜率为负的直线,摩擦振动信号具有混沌特征;当密封环间的磨损状态由跑合阶段到稳定阶段变化时,其对应的摩擦振动吸引子变化趋势为更加"收敛—稳定";混沌特征参数关联维数D值皆随着磨合过程的进行由小变大,当摩擦进行到正常磨损阶段后,D值都保持在较小范围浮动,达到平稳。因此,混沌吸引子及关联维数D皆可反映密封环端面间的磨合过程,可用于干气密封环端面间磨合状态的监测和识别。

关键词：干气密封摩擦振动混沌

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沟槽表面填充材料对界面摩擦振动噪声的影响

摩擦学学报 2017年第5期37卷 647-655页

作者：王东伟莫继良张琦朱章扬周仲荣西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所四川成都610031

采用机械加工方式,在基体(蠕墨铸铁)表面加工出平行且等间距的沟槽,并在沟槽中分别填满铝材料和锻钢材料,对该填充材料试样和基体试样进行界面摩擦噪声试验,并采用数值模拟方法加以分析,得出界面摩擦振动噪声行为在不同沟槽填充材料下... 详细信息

采用机械加工方式,在基体(蠕墨铸铁)表面加工出平行且等间距的沟槽,并在沟槽中分别填满铝材料和锻钢材料,对该填充材料试样和基体试样进行界面摩擦噪声试验,并采用数值模拟方法加以分析,得出界面摩擦振动噪声行为在不同沟槽填充材料下的变化特性,并将不同界面摩擦磨损行为与振动噪声动态关联起来.试验及数值模拟结果表明,在沟槽中填充铝材料加剧界面磨损,增大摩擦系数,并加速系统不稳定振动的产生,增大噪声强度,而在沟槽中填充钢材料能有效延缓界面不稳定振动和摩擦尖叫噪声信号的产生.此外,计算结果表明,界面磨擦磨损行为导致的界面接触非线性特性是产生多频率不稳定振动和噪声的重要因素.

关键词：摩擦振动摩擦噪声沟槽填充材料数值模拟

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雨刮器非线性摩擦振动的稳定性与分岔特性

摩擦学学报 2012年第1期32卷 82-88页

作者：张立军黄萌同济大学汽车学院上海201804

针对雨刮器建立2自由度非线性摩擦振动动力学模型,基于复模态理论计算复特征值并进行稳定性及其对刮刷速度的依赖性分析;通过数值计算分析摩擦振动对刮刷速度的分岔特性,并利用相轨迹、庞加莱映射、频谱特性分析不同刮刷速度下的非线性... 详细信息

针对雨刮器建立2自由度非线性摩擦振动动力学模型,基于复模态理论计算复特征值并进行稳定性及其对刮刷速度的依赖性分析;通过数值计算分析摩擦振动对刮刷速度的分岔特性,并利用相轨迹、庞加莱映射、频谱特性分析不同刮刷速度下的非线性振动现象.研究发现:摩擦-速度特性的负斜率是导致系统不稳定的根本原因,增大刮刷速度有利于提高系统的稳定性;在高、低刮速区,随着刮刷速度的下降,系统振动形态遵循周期→准周期→混沌的演化规律,并会伴随显著的粘滑振动;仅高速区的周期振动和非振动条件下,刮刷时无附加的粘滑振动.

关键词：汽车雨刮器摩擦振动稳定性分岔混沌粘滑振动

压电式摩擦振动能量收集的试验研究与仿真分析

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机械工程学报 2021年第9期57卷 89-98页

作者：王东伟刘明星吴霄钱韦吉中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 西南石油大学机电工程学院成都610500

针对机械系统中普遍存在的摩擦振动现象,结合试验分析和数值模拟的方法,提出采用压电材料进行摩擦振动能量收集的新思路。本研究搭建了一种既能产生摩擦振动,同时又能利用压电材料将振动能量转化为电能的试验装置,摩擦学试验结果验证了... 详细信息

针对机械系统中普遍存在的摩擦振动现象,结合试验分析和数值模拟的方法,提出采用压电材料进行摩擦振动能量收集的新思路。本研究搭建了一种既能产生摩擦振动,同时又能利用压电材料将振动能量转化为电能的试验装置,摩擦学试验结果验证了利用压电材料实现摩擦振动能量收集的可行性。利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行模拟,首先采用复特征值分析法对压电式能量收集器的响应特性进行分析,结果表明摩擦系统在法向和切向上出现的不稳定振动模态是实现摩擦振动能量收集的重要因素。采用瞬时动态分析法对摩擦系统的动力学响应进行模拟,结果表明瞬态分析能够从时域上很好地模拟试验过程,较大的法向载荷导致系统产生较强的摩擦振动,从而导致压电材料变形位移增大,进而输出较高的电压;摩擦系统存在一定的临界速度,使得系统能够产生最强的摩擦振动能量,并对外输出最大电压信号;进一步地,本研究建立起摩擦与压电相互耦合的二自由度数学模型,验证了摩擦振动能量收集的可行性,并定性分析了法向载荷和运动速度对系统响应的影响。以上研究结果能为实现摩擦振动的能量收集提供理论依据。

关键词：摩擦振动能量收集压电试验研究有限元分析

基于QSE-ResNet的浮环密封摩擦振动信号分类方法

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振动与冲击 2024年第21期43卷 194-201页

作者：刘伟张书尧翟志兴朱书海李双喜北京化工大学机电工程学院北京100029

针对浮环密封装置在不同摩擦工况下振动信号特征微弱且难以识别的问题,传统深度学习网络在性能上取得了显著成果。然而,由于存在模型超参数多、训练时间长、迭代次数多、网络精度低以及计算成本过高等问题,其在实际使用时存在一定的局... 详细信息

针对浮环密封装置在不同摩擦工况下振动信号特征微弱且难以识别的问题,传统深度学习网络在性能上取得了显著成果。然而,由于存在模型超参数多、训练时间长、迭代次数多、网络精度低以及计算成本过高等问题,其在实际使用时存在一定的局限性。因此,该研究提出了一种基于深度残差网络(residual network,ResNet)的方法,即基于快速注意力机制的残差网络(quick squeeze excitation ResNet,QSE-ResNet),以解决浮环密封摩擦振动信号分类中的问题。该方法通过引入注意力机制、调整网络残差块的连接方式并选择特定的优化器来提高模型性能,并与其他四种模型在同一个梅尔频谱图(Mel Spectrogram)数据集上进行对比测试。研究结果显示,QSE-ResNet的准确率达到了97%,比传统卷积神经网络高出13%,同时缩短了55%的模型迭代次数,节约了30%的网络训练时间。此外,QSE-ResNet成功地解决了过拟合、梯度爆炸和梯度消失等问题,显著缩短了迭代次数、节省了网络训练时间并提高了测试精度,使得浮环密封摩擦振动的信号状态监控及设备部署更为便利。该研究提出的QSE-ResNet使得浮环密封摩擦振动模型具备更便捷的部署能力,为浮环密封摩擦振动信号的研究提供了新的思路。

关键词：浮环密封摩擦振动声发射深度学习特征分类

酚醛树脂基摩擦材料摩擦振动演化行为规律与机制研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第10期44卷 1334-1344页

作者：侯鑫杜军华魏鹏李京洋邬志蹦李威曹辉白鹏鹏田煜清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 江西华伍制动器股份有限公司江西丰城331100

酚醛树脂基摩擦材料与金属组成的摩擦副经长时间服役容易出现剧烈摩擦振动和辐射高频噪声,可能导致设备停机甚至损坏.本文中针对酚醛树脂基摩擦材料/球墨铸铁摩擦副在往复摩擦试验中的摩擦振动行为演化开展了系统研究.为不干扰摩擦系统... 详细信息

酚醛树脂基摩擦材料与金属组成的摩擦副经长时间服役容易出现剧烈摩擦振动和辐射高频噪声,可能导致设备停机甚至损坏.本文中针对酚醛树脂基摩擦材料/球墨铸铁摩擦副在往复摩擦试验中的摩擦振动行为演化开展了系统研究.为不干扰摩擦系统,采用了激光多普勒测速仪对摩擦振动进行非接触式高精度测量.试验过程中摩擦系统逐步出现80和800 Hz的振动,与其固有频率重合.通过对周期性摩擦力、振动数据、磨损表面形貌和速度依赖性的综合分析,提出摩擦过程中的“黏-滑”行为是诱导摩擦振动及噪声产生和演化的关键因素.伴随“黏-滑”行为的摩擦功和弹性能变化以及界面间由材料黏着和脱附等行为导致的摩擦力波动分别是诱导摩擦系统产生80 Hz低频振动和800 Hz高频自激振动的主要原因.磨损过程中的材料转移和界面间磨粒堆积会导致高频振动能量逐步增加.本研究中通过揭示酚醛树脂基摩擦材料摩擦振动的产生机理和演化规律,为低噪声摩擦系统界面设计提供了理论参考.

关键词：摩擦振动噪声酚醛树脂黏-滑材料转移

柔性转子的不平衡分布对摩擦振动行为的影响分析

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动力工程 2005年第6期25卷 757-760页

作者：李录平邹新元晋风华长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410076

研究了柔性转子摩擦振动的复杂行为。分析表明,不平衡分布对柔性转子的摩擦振动的行为有较大影响,具有二阶及二阶以上的不平衡分布的转子的摩擦振动矢量既可能逆转向旋转,也可能顺转向旋转;具有高阶不平衡分布的柔性转子,若在工作转速... 详细信息

研究了柔性转子摩擦振动的复杂行为。分析表明,不平衡分布对柔性转子的摩擦振动的行为有较大影响,具有二阶及二阶以上的不平衡分布的转子的摩擦振动矢量既可能逆转向旋转,也可能顺转向旋转;具有高阶不平衡分布的柔性转子,若在工作转速下发生摩擦振动,其振动行为可能是发散的;控制柔性转子的高阶不平衡分布是控制摩擦产生的不稳定振动的有效措施之一。

关键词：动力机械工程柔性转子摩擦振动不平衡分布矢量