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基于联合LLE和SSR的滚动轴承故障诊断方法

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航空动力学报 2024年第7期39卷 36-44页

作者：张康智西安航空学院机械工程学院西安710077

针对滚动轴承振动信号具有较强的非线性,且包含较多冗余和无关特征,导致提取本质特征和故障识别困难,提出一种基于联合局部线性嵌入和稀疏自表示(joint locally linear embedding and sparse self-rep-resentation,JLLESSR)与参数优化... 详细信息

针对滚动轴承振动信号具有较强的非线性,且包含较多冗余和无关特征,导致提取本质特征和故障识别困难,提出一种基于联合局部线性嵌入和稀疏自表示(joint locally linear embedding and sparse self-rep-resentation,JLLESSR)与参数优化支持向量机的滚动轴承故障诊断方法.该方法构造了一个统一的特征提取框架,依靠局部线性嵌入(locally linear embedding,LLE)挖掘高维数据的局部几何结构,同时通过稀疏自表示(self-representation)在低维空间挖掘高维数据的全局几何结构,得到表征滚动轴承运行状态的嵌入特征.然后,将得到的特征输入至交叉优化支持向量机(cross-validation support vector machine,CV-SVM)中进行故障识别.最后,在常见滚动轴承故障数据集上对所提出的方法进行测试,实验结果表明提出的方法能有效识别出滚动轴承不同类型的故障,并且故障诊断精度可达98.5%.

关键词：滚动轴承振动信号局部线性嵌入联合局部线性嵌入和稀疏自表示故障诊断

压电智能功能梯度夹芯结构高精度理论模型与主动控制

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力学学报 2024年第1期56卷 130-140页

作者：张欣宇肖玉善吴振任晓辉西北工业大学航空学院西安710072 强度与结构完整性全国重点实验室西安710065 西安航空学院机械工程学院西安710065

本文发展了一种能精确预测含压电层的层合结构和含压电层的功能梯度夹芯结构力电行为的精化高阶理论.此模型位移场使用Reddy型整体-局部高阶理论,满足层间位移和应力连续条件以及自由表面边界条件;电势使用Layerwise分层理论,即对于压... 详细信息

本文发展了一种能精确预测含压电层的层合结构和含压电层的功能梯度夹芯结构力电行为的精化高阶理论.此模型位移场使用Reddy型整体-局部高阶理论,满足层间位移和应力连续条件以及自由表面边界条件;电势使用Layerwise分层理论,即对于压电层较薄的结构,电势在厚度方向可假设为线性分布.运用Hamilton原理和主动控制原理,推导了含阻尼压电功能梯度板系统的控制方程.基于精化高阶理论,构建了等几何分析方法,对压电层合结构弯曲行为进行了分析,并验证了精化高阶理论的有效性.此外,探究了铺层角度和功能梯度系数对压电功能梯度层合结构弯曲行为的影响规律,即结构中心点挠度随铺层角度或功能梯度系数增大而减小;功能梯度系数在0~5之间时,功能梯度系数对弯曲行为的影响比铺层角度对弯曲行为的影响更加显著.最后分析了无阻尼压电功能梯度板的动力学响应.当系统的速度反馈增益系数为零时,结构做无衰减震荡;当速度反馈增益系数增大时,结构震荡幅度衰减加快,衰减所需时间减少,从而实现了无阻尼结构受迫振动的振动主动控制.

关键词：精化高阶理论功能梯度板等几何分析主动控制

基于各向异性断裂相场模型的自适应多尺度有限元方法

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力学学报 2024年

作者：魏浩林吴振任晓辉西北工业大学航空学院强度与结构完整性全国重点实验室西安航空学院机械工程学院

纤维增强复合材料具有复杂的断裂模式，各向异性断裂相场模型可以自动捕捉裂纹的萌生和演化，适于模拟纤维增强复合材料的断裂失效行为，但其计算成本较高。为了提高相场模型的计算效率，基于自适应网格算法和扩展的多尺度有限元方法，... 详细信息

纤维增强复合材料具有复杂的断裂模式，各向异性断裂相场模型可以自动捕捉裂纹的萌生和演化，适于模拟纤维增强复合材料的断裂失效行为，但其计算成本较高。为了提高相场模型的计算效率，基于自适应网格算法和扩展的多尺度有限元方法，本文提出了一种针对各向异性断裂相场模型的自适应多尺度有限元方法。自适应网格算法会根据每一步迭代结束后网格节点上的相场变量及其增量确定裂纹路径，并自动细化裂纹路径附近的网格。断裂相场模型通过交错迭代算法进行求解，在更新位移场时，被细化的网格使用传统的有限元方法，未细化的网格使用考虑了振荡边界条件的扩展的多尺度有限元方法。更新相场时，均使用传统的有限元单元。在粗细两种单元的界面上，利用多尺度有限元方法的数值基函数对界面上的节点进行约束。利用建立的模型分别对在拉伸载荷下不同铺层角以及变刚度的纤维增强复合材料单层板的断裂行为进行分析。数值结果表明：本文提出的模型能够准确地捕捉裂纹路径，并且得到的数值结果与现有文献和试验结果吻合良好，与传统有限元相场模型相比，在保证计算精度的同时，能够显著减少计算时间。

关键词：相场模型扩展的多尺度有限元法自适应各向异性

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航空发动机分布式系统的事件触发滑模控制

航空动力学报 2024年第2期39卷 144-155页

作者：王玮轩彭靖波张志芬张驭谢寿生温广瑞郑劲松空军工程大学航空工程学院西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计... 详细信息

针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统,在具有外部扰动的情况下,设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率,引入了动态事件触发机制(DETM)来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立,设计了状态观测器,并基于观测状态构造了积分滑模面。通过李雅普诺夫方法,得到了稳定性准则,并给出了线性矩阵不等式(LMIs)形式的控制器、观测器、事件触发器的参数计算方法。随后设计了滑模控制律,确保了滑模面的可达性。此外,为了提高LMIs的可行性,提出了基于iL-SHADE算法的LMIs参数优化方法。仿真结果表明,在给定的控制框架下,闭环系统能够保证较好的控制性能。在给定的仿真条件下,减少了96.5%的信号传输,极大节省了通信资源。

关键词：分布式控制系统时延和丢包动态事件触发机制滑模控制线性矩阵不等式

基于加幂积分法的空间机器人二阶滑模全局固定时间控制

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控制与决策 2024年第10期39卷 3270-3278页

作者：雷荣华付晓东陈力湖南工商大学计算机学院长沙410205 清华大学航天航空学院北京100084 福州大学机械工程及自动化学院福州350116

对于自由漂浮的刚性空间机器人,设计一种二阶滑模固定时间轨迹跟踪控制器.利用拉格朗日法建立自由漂浮空间机器人系统的动力学模型,结合加幂积分法与虚拟变量策略为系统设计一种二阶滑模固定时间轨迹跟踪控制器.采用Lyapunov函数法证明... 详细信息

对于自由漂浮的刚性空间机器人,设计一种二阶滑模固定时间轨迹跟踪控制器.利用拉格朗日法建立自由漂浮空间机器人系统的动力学模型,结合加幂积分法与虚拟变量策略为系统设计一种二阶滑模固定时间轨迹跟踪控制器.采用Lyapunov函数法证明所提出控制器可确保空间机器人跟踪误差的全局固定时间收敛,且收敛时间独立于系统初始状态.所提方法可对系统跟踪误差的最小收敛时间上界进行估计,解决传统固定时间控制方法所存在的收敛时间过度估计的问题,并可有效削弱控制力矩的抖振现象.仿真结果与理论分析一致,校验了所提方法的可行性与优越性.

关键词：空间机器人加幂积分法虚拟变量固定时间控制轨迹跟踪

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基于应变测量的动-静扭矩传感方法研究

机械工程学报 2024年

作者：董光旭林睿深罗亚军彭裕阳余文涯张秉豪邱兰合肥工业大学机械工程学院西安交通大学航天航空学院

在轴间串接扭矩传感器开展扭矩测量会因负载效应导致扭矩测量精度降低，且常用的扭矩传感器仅能测试静态扭矩或动态扭矩。为兼顾静态扭矩和动态扭矩的高精度测量，提出一种基于应变测量的动-静扭矩传感方法，首先建立扭转轴的扭转变形... 详细信息

在轴间串接扭矩传感器开展扭矩测量会因负载效应导致扭矩测量精度降低，且常用的扭矩传感器仅能测试静态扭矩或动态扭矩。为兼顾静态扭矩和动态扭矩的高精度测量，提出一种基于应变测量的动-静扭矩传感方法，首先建立扭转轴的扭转变形力学模型，推导了扭转角随扭矩的变化关系，结合有限元仿真研究了扭转轴的应变分布规律，确定应变片布片位置，通过将应变片以惠斯通全桥接线的方式连接来获取扭转加载条件下的主应变信号，并将主应变信号在设计的传感系统中进行调制实现扭转主应变到扭矩信号的转换，从而实现静态扭矩和动态扭矩的高精度测量。最后，基于MechanicalTesting&Simulation扭转万能材料实验机(Mechanical Testing&Simulation, MTS)和摩擦实验台分别开展了静态扭矩与动态扭矩的实验测试，结果表明静态扭矩测试结果与理论计算扭矩以及MTS准静态加载扭矩相吻合且线性度高，测量误差在0.47%以下；同时动态测试结果显示在60 r/min、100 r/min、200 r/min、300 r/min转速下的动态扭矩测量结果与摩擦实验台加载的动态扭矩相吻合，测量误差在5%以下，表明低转速对动态扭矩测量影响较小且证明了动态扭矩测试的稳定性，因此提出的基于应变测量的动-静扭矩传感方法可以实现静/动态扭矩的高精度测量。

关键词：应变测量传感静态扭矩动态扭矩

纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤分析

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南京航空航天大学学报 2024年第1期56卷 134-143页

作者：方自力王道坤毛春见杨志贤张超中国飞行试验研究院西安710089 江苏大学机械工程学院镇江212013 南京航空航天大学航空学院南京210016

纤维金属板蜂窝夹芯结构作为一种轻质航空结构,研究其抗鸟体高速冲击性能具有重要的现实意义。本文提出一种基于连续介质损伤力学的有限元模型,研究鸟体高速冲击下纤维金属板蜂窝夹芯结构的力学行为及损伤机理。采用光滑粒子流体动力学(... 详细信息

纤维金属板蜂窝夹芯结构作为一种轻质航空结构,研究其抗鸟体高速冲击性能具有重要的现实意义。本文提出一种基于连续介质损伤力学的有限元模型,研究鸟体高速冲击下纤维金属板蜂窝夹芯结构的力学行为及损伤机理。采用光滑粒子流体动力学(Smooth particle hydrodynamics, SPH)法对鸟体类流体力学行为进行建模;采用Johnson-Cook模型模拟金属层冲击力学响应;采用三维Hashin准则,考虑应变率效应,模拟复合材料层板面内损伤演化;采用界面单元模拟层间分层现象。编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit软件平台的数值求解。探讨鸟体速度、蜂窝高度和面板厚度对纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体冲击性能的影响,分析预应力条件下纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤特性,为夹芯结构鸟体冲击问题数值分析提供一定的参考。

关键词：纤维金属板夹芯结构鸟体冲击损伤分层有限元建模

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基于多核监督流形学习的旋转机械故障诊断

航空动力学报 2024年第10期 148-156页

作者：杨长远马赛韩勤锴山东大学机械工程学院清华大学机械工程系

为了准确地对旋转机械进行故障诊断，提出了一种多核监督流形学习算法（multi-kernel supervised manifold learning,MKSML）。MKSML算法可以有效地对高维故障数据进行特征选择，筛选出区分度高的低维故障特征。借助监督学习的思想，增... 详细信息

为了准确地对旋转机械进行故障诊断，提出了一种多核监督流形学习算法（multi-kernel supervised manifold learning,MKSML）。MKSML算法可以有效地对高维故障数据进行特征选择，筛选出区分度高的低维故障特征。借助监督学习的思想，增强了同类样本的聚集性和不同类样本之间的差异性；同时基于所设计的多核函数提出了加权邻域图构建方法，能够保留近邻点之间的距离信息和角度信息，有效地抑制故障特征选择时样本中的异常值和噪声的干扰。通过灰狼优化算法调整MKSML算法相应的参数，使算法能够应用于不同类型的旋转机械故障诊断。在此基础上，建立了一种基于MKSML算法的旋转机械故障诊断模型，并进行了轴承故障诊断实验以及齿轮故障诊断实验。

关键词：故障诊断信号处理数据降维流形学习特征选择

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机翼弯曲模拟系统的建模与仿真研究

机械科学与技术 2024年第2期43卷 305-311页

作者：赵孟文樊泽明西安航空学院机械工程学院西安710077 西北工业大学自动化学院西安710072

某型飞机在飞行过程中,机翼将产生最大可达3米的变形,该变形将严重影响安装在飞机机翼上钢索传动装置的操控性能,同时考虑操控性能在真实飞行过程中的成本、难度、风险问题,构建了地面机翼弯曲模拟系统。首先,构建了由16套机构组成的全... 详细信息

某型飞机在飞行过程中,机翼将产生最大可达3米的变形,该变形将严重影响安装在飞机机翼上钢索传动装置的操控性能,同时考虑操控性能在真实飞行过程中的成本、难度、风险问题,构建了地面机翼弯曲模拟系统。首先,构建了由16套机构组成的全机翼半物理仿真模型,各机构均安装有一套位移伺服控制系统和一套角度伺服控制系统。然后对系统的角度控制及位移控制进行了建模、仿真研究,提出了有效的前馈和模糊控制相结合的控制策略。最后搭建了实验验证系统并进行了验证。结果表明:该系统设计合理,实用性强,满足钢索在机翼弯曲变形下的操控性能测试。

关键词：飞机机翼钢索电液伺服系统多余力