复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取

为消除复杂传递路径对轴承滚动体振动信号的影响并提高故障特征提取的能力,研究了基于变分模态分解(VMD)、优化最大相关峭度解卷积(MCKD)和1.5维谱的轴承滚动体故障特征提取问题;分析了轴承滚动体原始振动信号特点、早期故障信号的特性以及复杂传递路径对振动信号的影响,运用VMD将原始振动信号分解为一系列本征模态函数(IMFs),提出了转频分量剔除方法,通过峭度准则优选2个峭度较大的IMFs分量进行重构;基于网格搜索法研究了MCKD算法参数优化方法,用以增强重构信号的周期性故障特征,消除复杂传递路径对轴承滚动体故障信号的影响;利用1.5维谱分析重构信号,建立了复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取新方法,实现了轴承滚动体故障的准确诊断;为了证明方法的有效性,选取美国凯斯西储大学轴承SKF6205基座滚动体数据进行试验验证与分析。试验结果表明：网格搜索法获得了MCKD算法的最优滤波长度与冲击周期参数(365、85),优化MCKD算法增强了重构信号的故障特征,减少了无关频率分量,明显降低了其他成分的干扰;提出的故障特征提取方法在0、735和1 470 W负载条件下均提取到了轴承滚动体的故障特征频率(140.6 Hz)以及二倍频(281.3 Hz)和三倍频(421.9 Hz)等所有倍频分量,且不受负载条件的影响,消除了复杂传递路径对轴承滚动体故障特征提取的影响。可见,提取方法可以有效解决复杂传递路径下轴承滚动体故障特征提取与诊断问题。     

地震作用下轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系

针对地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统损伤与轨道不平顺的对应关系不明确问题, 运用能量变分原理,推导了多层叠合结构层间变形协调关系表达式,将该表达式应用在高速铁路单元式和纵连式无砟轨道-桥梁系统中,按系统轨道形式与梁跨结点进行划段装配,提出了考虑路基与简支引桥影响的高速铁路基础结构变形与轨道不平顺的对应关系;采用现场实测、数值仿真模型与列车-轨道-连续梁桥-路基耦合动力学理论对对应关系进行了验证,并统计了地震作用下轨道-桥梁系统的损伤规律;基于提出的对应关系求得了考虑地震损伤的轨道不平顺样本,并采用数值仿真模型对其进行验证。研究结果表明：提出的对应关系与数值仿真模型求得的桥梁变形引起的轨道不平顺及现场实测值吻合较好,最大误差不超过5%,且轨道不平顺作用下车-桥动力学性能指标变化也基本一致,验证了本文提出的对应关系的正确性和有效性;地震作用下轨道-桥梁系统层间各部件的损伤较小,而支座的损伤较大,系统部件最大损伤位置在主梁梁缝处,但也仅约为支座损伤的1%;在不同水准地震作用下,采用提出的对应关系和数值仿真模型计算的地震损伤与轨道不平顺的对应曲线均吻合良好,说明提出的对应关系可用于计算与预测地震作用下高速铁路轨道-桥梁系统的轨道平顺性。     

离散系统动力学的位移变分原理

通过对位移、功、势能和虚位移、虚功等概念的阐述,用变积运算定义了瞬时势能,然后用变积法从达朗贝尔-拉格朗日原理导出位移变分原理。该原理是势能驻值定理在动力学中的发展,也是达朗贝尔-拉格朗日原理的延伸,使动力学问题得到简化。     

Dynamic and disequilibrium analysis of interdependent infrastructure systems

There is a growing awareness in recent years that the interdependencies among the civil infrastructure systems have significant economic, security and engineering implications that may influence their resiliency, efficiency and effectiveness. To capture the various types of infrastructure interdependencies and incorporate them into decision-making processes in various application domains, Zhang and Peeta (2011) propose a generalized modeling framework that combines a multilayer infrastructure network (MIN) concept and a market-based economic approach using computable general equilibrium (CGE) theory and its spatial extension (SCGE) to formulate a static equilibrium infrastructure interdependencies problem. This paper extends the framework to address the dynamic and disequilibrium aspects of the infrastructure interdependencies problems. It briefly reviews the static model, and proposes an alternative formulation for it using the variational inequality (VI) technique. Based on this equivalent VI formulation, a within-period equilibrium-tending dynamic model is proposed to illustrate how these systems evolve towards an equilibrium state within a short duration after a perturbation. To address a longer time scale, a multi-period dynamic model is proposed. This model explicitly considers the evolution of infrastructure interdependencies over time and the temporal interactions among the various systems through dynamic parameters that link the different time periods. Using this model, numerical experiments are conducted for a special case with a single region to analyze the sensitivity of the model to the various parameters, and demonstrate the ability of the modeling framework to formulate and solve practical problems such as cascading failures, disaster recovery, and budget allocation in a dynamic setting.     

电动汽车续航里程的研究分析与优化

目前,电动汽车的续航里程受众多因素影响。文章首先分析了会对续航里程产生影响的外部因素以及具体的影响原因,然后建立相关的数学理论公式。通过 Matlab 来仿真得出曲线图进行分析,分析得出,影响续航里程的因素主要是迎风面积、系统效率、车身重量、滚动阻力、电池容量、空气阻力,根据以上因素所得出的结果进行优化分析,以期望最大化的优化电动汽车的续航里程,并提供可行性建议。     

矩形桩竖向受荷三维弹性变分解

矩形桩作为一种典型的横截面非圆形桩,通常采用等效圆形桩的近似方法来分析,未能从理论上考虑桩-土相互作用。针对该问题,结合复变函数保角变换技术提出一种适用于竖向受荷矩形桩的三维弹性变分方法。基于最小势能原理和变分法获得桩位移函数和土竖向位移传递函数的控制微分方程,为克服土体位移传递函数求解域边界形状复杂的困难,应用保角变换将桩-土接触面的复杂边界形状转化为简单边界,并获得了桩位移函数的解析解及土体竖向位移函数的半解析解。使用MATLAB软件编制相应的分析程序,并将分析得到的结果与有限元分析及现有解答进行对比。最后,对影响桩沉降的主要因素进行参数分析。研究结果表明：所得解与有限元分析结果吻合得更好,证明了所提分析方法的正确性;摩擦桩量纲一化的桩顶刚度随桩-土模量比的增加逐渐减小,当桩的长细比增加到某数值时,其对桩顶刚度的影响可忽略不计,即摩擦桩存在有效桩长;相对于摩擦桩,当桩-土模量比较大时,其对端承桩的桩顶刚度影响较小,当端承桩长细比足够大时,可转化为摩擦桩;桩顶刚度随土体泊松比先减小后增加,间接表明其不仅受土体抗剪强度的影响,而且受土体压缩性能的影响;在相同混凝土用量下,当桩-土模量比较小时,与等横截面面积圆桩相比,矩形桩的桩顶刚度明显大于圆桩,当桩-土模量比超过某数值时,二者桩顶刚度逐渐趋于一致;当桩-土模量比较小时,等横截面面积矩形桩随横截面长宽比的增加,桩顶刚度增加。     

水下空泡航行体载荷及推力最大值的最小化问题

研究了带空泡水下航行体在规定距离内从初速加速到预定速度的一维水弹道优化问题,利用变分法求出了水下航行体加速过程中最大推力达到最小的最优弹道理论解,此解也可作为航行体最大载荷达到最小的理论解。     

基于Kirchhoff方法的水下自由湍射流场噪声预报

该文旨在研究类似的水下自由射流场噪声机理和预报方法。构造了Kirchhoff理论和CFD方法相结合的算法;详细推导了Kirchhoff方法噪声预报的原理;讨论其适用性,并引入了非线性修正方法。用大涡模拟法对水下自由射流场进行数值模拟,以此作为近场声源;随后,运用所推导的Kirchhoff方法对控制面外噪声场进行预估,并分析了自由射流场声辐射机理。     

基于变分自编码器的MVB网络异常检测方法

多功能车辆总线(MVB)用于列车通信网络中各功能设备间的信息传输,其网络异常将严重影响列车运行安全.在对MVB网络常见故障分析的基础上,提出一种基于变分自编码器(VAE)的MVB网络异常检测方法,直接将采集到的MVB信号物理波形作为模型输入,选取VAE重构误差作为MVB网络异常检测依据.为了有效解决实际应用中带标记异常...     

变分曲线模型及其在轨道数据库生成中的应用研究

本文研究有限约束条件下的变分曲线模型及其在铁路列控轨道数据库中的应用,提出从GPS轨道数据中自动生成适合列车控制的数字轨道地图的方法、模型和算法。通过大量实测数据对算法和方法进行验证、比较和改进,针对大量轨道数据建立其数据约简的组合数学模型,分析实际列车运行时有限约束条件,研究曲线演化理论,采用基于变分曲线模型曲线形变的思想对数据进行约简和误差剔除,在满足一定的误差前提下快速自动获取少量关键数据来描述铁道轨迹,完善列控轨道数据库的自动生成与优化方法,实现基于GPS的列车运行控制系统的实时、精确定位。