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基于频响函数的车轮多边形车载定量诊断方法

中国机械工程 2024年

作者：许文天梁树林池茂儒陶功权吴兴文蔡吴斌西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室西南交通大学机械工程学院

车轮多边形磨耗问题对我国高速动车组安全运营造成困扰，而目前车轮多边形车载监测的准确率仍远不尽人意。传统二次积分方法在诊断车轮多边形时存在局限，这主要是因为它们未能有效地排除来自钢轨粗糙度的干扰，同时也没有充分考虑轮轨... 详细信息

车轮多边形磨耗问题对我国高速动车组安全运营造成困扰，而目前车轮多边形车载监测的准确率仍远不尽人意。传统二次积分方法在诊断车轮多边形时存在局限，这主要是因为它们未能有效地排除来自钢轨粗糙度的干扰，同时也没有充分考虑轮轨系统固有模态对测量结果的影响。为此，本文提出一种基于频率响应函数的车轮多边形定量诊断方法，方法包括首先利用梳状滤波滤除钢轨粗糙度的影响，留下更“纯”的车轮多边形响应成分，后利用频率响应函数考虑并修正了结构固有模态的影响，从而由轴箱振动信号定量诊断多边形阶次和粗糙级。经过仿真与实测数据验证，本方法相比二次积分方法，在面对各阶次下时均能取得更佳的诊断效果，对车轮粗糙级的平均估计误差不高于 3.5 dB，而二次积分方法的估计误差最高可达14 dB。结果可见，本方法适应范围更广、准确性更高，具有一定的科学和工程意义。

关键词：车轮多边形磨耗轴箱振动加速度车载诊断频响函数梳状滤波

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关节型铣削机器人频响函数测定与动刚度研究

关节型铣削机器人频响函数测定与动刚度研究

作者：高文迪吉林大学

学位级别：硕士

关节型工业机器人近年来广泛应用于航空航天、汽车等加工制造领域,具有成本低、加工模式灵活的优点。但在高负载铣削加工任务中,机器人的弱刚性位姿,极易引起铣削颤振失稳问题,显著降低工件表面质量,甚至导致高附加值零件报废,造成巨大... 详细信息

关节型工业机器人近年来广泛应用于航空航天、汽车等加工制造领域,具有成本低、加工模式灵活的优点。但在高负载铣削加工任务中,机器人的弱刚性位姿,极易引起铣削颤振失稳问题,显著降低工件表面质量,甚至导致高附加值零件报废,造成巨大经济损失。因此,提高机器人位姿依赖的末端刚度,是目前机器人铣削加工领域中的重要研究课题。刚度可区分为静刚度与动刚度,其中动刚度可反映铣削机器人在加工动态激励下的刚度性能,是直接影响铣削稳定性的关键因素,一般采用频响函数作为直观表达形式。目前,末端频响主要基于多体动力学分析推导得出,然而机理模型会对复杂装配结构进行简化,计算结果与真实系统相比存在较大偏差。针对以上问题,本文开展了机器人末端频响函数测定和试验模态分析研究,基于频域中不同子系统模态对末端振动的影响,建立基于高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)的铣削机器人多模态弱动刚度预测模型,通过位姿与动刚度的关联机制避免铣削加工中弱动刚度位姿,进而保证工件加工质量。本文主要工作内容如下:(1)建立KUKA KR60-3关节型铣削机器人的运动学和刚度模型。采用MD-H参数法推导铣削机器人的正向运动学方程,基于虚功原理求解雅可比矩阵,建立机器人笛卡尔空间与关节空间的映射关系,通过六参数关节刚度建立系统静刚度模型。基于拉氏变换推导多体动力学系统的定向频响函数,结合模态叠加原理,考虑主方向和法向刚度性能,建立铣削机器人末端动刚度频响模型。(2)测定模态试验下关节型铣削机器人末端频响数据。对系统加工空间中不同位姿进行大量力锤激励试验获取频响数据,利用相干性和模态指示函数对频响数据进行评估,研究各位姿下频响数据在不同频段的相似特性。深入探究低频段频响数据中强噪声干扰的主要诱因,提升测定方法准确性。(3)拟合频响函数分析系统的动态特性。基于Levy法用有理分式构建拟合频响函数,通过模态圆法修正频响函数的错误拟合,分析关节型铣削机器人的模态特征。以动刚度幅值作为对末端加工振动影响标准,拾取机器人本体和铣削加工系统中主要子系统模态,结合峰值拾取法对主要模态进行模态参数辨识。分析铣削机器人动态特性,并揭示各主要模态参数的空间分布和随姿态变化规律。(4)建立基于非参数回归方法GPR的铣削机器人末端弱刚度预测模型。考虑动刚度频响区域特性,引入多模态固有频率作为预测要素,基于动态特性变化规律分析,选定各项异性的有理二次核作为模型核函数,并以试验数据为基础,通过最小化负对数边际似然法和拟牛顿法优化模型超参数。通过内部划分互斥集对模型准确性和拟合精度进行验证。开展铣削加工实验,对比分析调控冗余度避开预测弱动刚度位姿前后的末端振动幅值和加工工件表面质量,验证模型在实际加工中的准确性和应用价值。

关键词：铣削加工机器人动刚度频响函数姿态依赖动力学高斯过程回归

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基于频响函数计权的Z振级计算方法

山西建筑 2024年第13期50卷 162-165页

作者：沈山杉南京地铁建设有限责任公司江苏南京210000

计权Z振级是环境振动评价的重要指标量。针对现有的基于倍频程的计权方法通常计权计算的效率较低或者低频段计权误差较大的问题,提出一种基于频响函数的计权方法。首先,将ISO 2631-1—1997标准中给定的计权联合滤波器转换为频率响应函... 详细信息

计权Z振级是环境振动评价的重要指标量。针对现有的基于倍频程的计权方法通常计权计算的效率较低或者低频段计权误差较大的问题,提出一种基于频响函数的计权方法。首先,将ISO 2631-1—1997标准中给定的计权联合滤波器转换为频率响应函数。然后,根据结构动力学中的单输入-单输出模型,将计权前的振动加速度作为该频响函数的输入,得到SISO模型的输出为计权加速度。该方法避免了倍频程的计算需求,有效地提高了计算效率。最后,通过仿真和实际测试算例验证了提出的方法准确性和有效性。

关键词：计权加速度 Z振级频响函数环境振动

对接圆柱壳结构的频响函数子结构混合建模方法研究

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振动工程学报 2023年第1期36卷 70-75页

作者：李旭龙张忠董俊辉牛牧青魏莎陈立群上海大学力学与工程科学学院上海200444 上海市应用数学和力学研究所上海200072 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 哈尔滨工业大学(深圳)理学院广东深圳518055

以建立精确的对接圆柱壳结构动力学模型为目标,为解决对接圆柱壳结构实验模型存在的界面转角自由度信息缺失的问题,提出了频响函数子结构混合建模方法,采用界面刚性等效方法进行界面转角自由度信息的近似估计,并将其与有限元频响结果进... 详细信息

以建立精确的对接圆柱壳结构动力学模型为目标,为解决对接圆柱壳结构实验模型存在的界面转角自由度信息缺失的问题,提出了频响函数子结构混合建模方法,采用界面刚性等效方法进行界面转角自由度信息的近似估计,并将其与有限元频响结果进行对比分析,验证了该方法在圆柱壳结构中的计算精度。同时,根据子结构频响函数获取方式、界面自由度的不同,采用子结构频响函数综合方法进行多种工况下的混合建模。结合对接圆柱壳结构的振动特性,对比分析不同工况下的混合建模结果。结果表明:考虑界面转角自由度信息后,可有效提高对接圆柱壳结构的混合建模精度。

关键词：圆柱壳结构子结构综合混合建模频响函数转角自由度

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考虑加速度频响函数不确定的有限元模型修正

哈尔滨工业大学学报 2023年第8期55卷 124-134,142页

作者：彭珍瑞张亚峰张雪萍兰州交通大学机电工程学院兰州730070

为克服实际应用中缺乏足够的结构统计信息,获得结构参数和响应的极限值,提出了一种基于加速度频响函数的区间有限元模型修正方法。首先,将频响函数小波变换,提取低频小波系数作为模型修正的响应特征量,以待修正参数和响应特征量分别为... 详细信息

为克服实际应用中缺乏足够的结构统计信息,获得结构参数和响应的极限值,提出了一种基于加速度频响函数的区间有限元模型修正方法。首先,将频响函数小波变换,提取低频小波系数作为模型修正的响应特征量,以待修正参数和响应特征量分别为输入和输出构建径向基代理模型并采用鲸鱼优化算法来优选径向基模型方差值;其次,根据区间重叠率和巴氏距离分别构造两步求解待修正参数区间的两个目标函数和同步求解待修正参数区间的一个目标函数,以评估两个样本区间分布的相似性和相异性;然后,由灰色数学方法估计径向基模型预测响应特征量的区间,运用花朵授粉算法分别实施待修正参数区间中点和半径的两步和同步求解;最后,通过两个数值算例和一个试验算例验证了所提方法的可行性。结果表明,所提区间有限元模型修正方法能够有效地修正结构参数的区间中点和半径,且在不同试验响应区间下对参数区间的修正具有鲁棒性,同时可以有效地解决小样本的不确定性模型修正问题。

关键词：区间模型修正径向基模型频响函数区间巴氏距离灰色数学

基于频响函数法的海水泵动载荷对隔振系统影响分析

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舰船科学技术 2022年第24期44卷 22-25页

作者：张生乐应冬徐海群邱发富武昌船舶重工集团有限公司湖北武汉430060 海军装备部驻武汉地区第一军事代表室湖北武汉430060

为掌握海水泵运行时对隔振系统的影响,本文采用传递函数计算方法,利用实际海水泵的参数及实测得到的隔振元件机械阻抗参数,针对轴系海水系统海水泵的运行参数进行模拟计算。计算结果表明,海水泵运行会对隔振系统产生一定的位移影响,但... 详细信息

为掌握海水泵运行时对隔振系统的影响,本文采用传递函数计算方法,利用实际海水泵的参数及实测得到的隔振元件机械阻抗参数,针对轴系海水系统海水泵的运行参数进行模拟计算。计算结果表明,海水泵运行会对隔振系统产生一定的位移影响,但不会影响隔振系统隔振效果的发挥。

关键词：频响函数海水泵运行位移变化振级落差

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基于归一化频响函数曲率的随机模型修正

控制工程 2023年第6期30卷 1030-1035页

作者：李佳佳彭珍瑞兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州1730070

为提高随机模型修正的计算效率以及待修正参数均值和标准差的修正精度,提出了一种将Kriging模型和归一化频响函数曲率相结合的随机模型修正方法。首先,构造Kriging模型,将待修正参数作为Kriging模型输入,对应的归一化频响函数曲率作为Kr... 详细信息

为提高随机模型修正的计算效率以及待修正参数均值和标准差的修正精度,提出了一种将Kriging模型和归一化频响函数曲率相结合的随机模型修正方法。首先,构造Kriging模型,将待修正参数作为Kriging模型输入,对应的归一化频响函数曲率作为Kriging模型输出;然后,采用麻雀算法以Kriging模型预测响应与实验响应之差的绝对值之和作为目标函数修正参数均值,以互信息作为目标函数修正参数标准差;最后,通过三维桁架验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法修正后的参数均值误差均低于0.2%,标准差误差均低于2.5%。

关键词：随机模型修正 Kriging模型频响函数归一化曲率互信息

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基于频响函数的惯性参数识别改进方法

仪表技术与传感器 2022年第10期 116-122页

作者：杜中刚孙永厚刘夫云叶明松马雪峰周星桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004 东风柳州汽车有限公司广西柳州544005

针对质量线法难以快速精确获取大型复杂构件质量的问题,根据振动微分方程和刚体加速度变换关系,推导出频响函数与质量转化的表达式,结合几何中心对称和力矩平衡的原理,提出基于频响函数的惯性参数识别改进方法。联合Adams与Hypermesh建... 详细信息

针对质量线法难以快速精确获取大型复杂构件质量的问题,根据振动微分方程和刚体加速度变换关系,推导出频响函数与质量转化的表达式,结合几何中心对称和力矩平衡的原理,提出基于频响函数的惯性参数识别改进方法。联合Adams与Hypermesh建立驾驶室和发动机总成的仿真模型,筛选振动试验获取的频响函数以识别质量,分析该方法结合质量线法识别结果的误差。通过模态试验得到简单构件和某型号卡车驾驶室总成的惯性参数,将其与MPC转动惯量平台测试的结果对比,验证该方法的工程测试精度。研究结果表明:刚体质量识别的仿真结果相对误差最大不超过0.4%,工程测量相对误差最大不超过4.6%,且该方法简单方便,降低测试成本,减小工作量,显著提高了惯性参数识别的效率。

关键词：模态试验惯性参数质量计算频响函数质量线法参数识别

基于频响函数最小二乘支持向量机响应面的有限元修正

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基于频响函数最小二乘支持向量机响应面的有限元修正

作者：高涛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着各种工程结构日趋复杂，有限单元法已成为获取结构动力学响应的重要途径之一。有限元分析过程中对模型进行简化以及物理参数的误差会导致仿真结果与实验结果存在偏差，为了减小仿真的预测偏差，需要对有限元模型进行修正。基于灵敏... 详细信息

随着各种工程结构日趋复杂，有限单元法已成为获取结构动力学响应的重要途径之一。有限元分析过程中对模型进行简化以及物理参数的误差会导致仿真结果与实验结果存在偏差，为了减小仿真的预测偏差，需要对有限元模型进行修正。基于灵敏度分析的修正需要构造较复杂的灵敏度矩阵并且需要反复调用有限元模型，计算成本比较昂贵。此外，以模态参数为修正目标在进行模态分析时会引入误差，会降低修正精度。为了解决上述问题，提出了基于频响函数的最小二乘支持向量机响应面法有限元模型修正技术，进行了相应的数值算例探究修正效果和频率点筛选，并对一个对接法兰圆柱壳结构进行了修正。最后结合频响子结构综合法与有限元修正技术为复杂结构的修正提出新的思路。　　建立了基于频响函数的最小二乘支持向量机响应面修正方法。采用拉丁超立方抽样方法获取待修正参数样本点并计算相应的频响函数，利用最小二乘支持向量机构造响应面，同时基于响应面的质量进行修正频率点的筛选，最后结合遗传算法对模型进行修正。该方法通过建立响应面代替有限元模型，避免了复杂的灵敏度矩阵构造，并在修正前对频率点进行筛选，提高了计算效率。　　进行了五自由度弹簧质量系统和平面桁架结构的数值算例修正。对弹簧质量系统的刚度进行了修正，验证了初始模型与实验值偏差较大时的修正性能。对平面桁架结构进行了质量、刚度修正，验证了该方法在不同类型修正参数下的修正效果并给出了频率步长对修正结果的影响。对两个算例进行了不同修正频率点比例的计算，根据修正精度和修正效率确定了合适修正频率点比例范围。　　进行了对接法兰圆柱壳结构的修正。对结构进行了实验测试获取了实验数据并建立了初始的有限元模型，根据初始有限元模型预测响应与实验值的差异确定了法兰盘连接界面刚度为修正目标。通过在连接界面嵌入薄层单元进行了界面刚度修正，通过该方法的修正有效降低了前两阶固有频率的预测误差。利用Kriging响应面进行了修正，与本文方法进行了对比，验证了最小二乘支持向量机响应面的精度以及本文的频率点筛选方法的普遍适用性。　　进行了联合子结构综合法的有限元修正技术探究，通过对子结构进行修正，再利用频响综合法得到修正后结构响应。以GARTEUR飞机模型为例，进行了子结构划分和子结构修正，并和整体模型修正进行对比，验证了联合子结构综合法的模型修正技术的准确性和高效性。

关键词：工程结构动力学响应频响函数最小二乘支持向量机有限元修正