准零刚度(quasi‑zero stiffness,简称QZS)隔振通过引入刚度非线性,有效解决了传统线性隔振在承载能力与隔振带宽之间的固有矛盾,展现出优异的低频隔振性能。如何设计力学结构,使隔振器力‑位移曲线同时具备高静刚度与低动刚度特征,是实现准零刚度隔振的核心问题。围绕准零刚度隔振设计方法,首先,阐述了准零刚度隔振的基本原理,并根据刚度非线性化的实现途径,将传统设计方法归纳为几何运动非线性法、几何变形非线性法、磁非线性法以及应力‑应变非线性法;其次,介绍了基于非线性正刚度结构的新兴准零刚度设计方法,包括渐硬型与渐软型非线性正刚度结构,并与传统方法进行了对比分析,讨论了二者在静力学与动力学行为上的差异;最后,从负刚度结构设计、准零刚度特性调控以及应用场景等方面进行了总结与展望,全面梳理了准零刚度隔振设计方法的最新研究进展,为未来的发展方向提供参考。
为了提高小样本图像条件下列车轮对轴承故障检测水平,提出了一种基于多分辨率孪生神经网络(multi⁃resolution siamese neural network,简称MrSNN)模型的列车轮对轴承表面缺陷机器视觉检测方法。首先,采用孪生神经网络(siamese neural network,简称SNN)为基础模型框架,构建了包含不同卷积核尺寸及不同膨胀因子大小的多分辨率卷积融合模块(multi‑resolution convolution fusion block,简称MrCFB)来综合提取图像中的细节特征与轮廓特征信息;其次,采用通道和空间的双重注意力机制重新标定多分辨率特征权重,进一步增强模型的图像特征提取能力;最后,通过对轮对轴承正常、划伤、凹痕及剥落4类图像进行检测分析,完成了算法验证。实验结果表明,轮对轴承3类故障图像识别率为100%,正常图像识别率为95%,总体识别准确率为98.75%,识别准确率优于传统SNN和YOLO‑V5等网络模型。
为监测分布式驱动电动汽车中轮毂电机运行状态,确保整车运行安全,提出一种基于改进的多类支持向量数据描述(multi⁃class support vector data description,简称MCSVDD)的轮毂电机故障诊断方法。首先,针对MCSVDD算法的改进,基于近邻传播(affinity propagation,简称AP)聚类算法提出了MCSVDD以“距离类内簇中心最小”的类别判断法则,并基于Weibull函数构造了Weibull核函数,用于优化数据描述模型;其次,针对轮毂电机运行状态的多维特征参数组,提出一种基于最小距离传播鉴别投影(minimum⁃distance propagation discriminant projection,简称MPDP)的降维法,提高了不同工况下轮毂电机故障状态的可分性;最后,定制带有典型轴承故障的轮毂电机,采集7种工况下的振动信号,验证所提出方法的有效性。结果表明:基于MPDP降维后的轮毂电机运行状态观测样本的可分性优于线性判别分析(linear discriminant analysis,简称LDA)、局部保持投影(locality preserving projection,简称LPP)及最小距离鉴别投影(minimum⁃distance discriminant projection,简称MDP)方法,基于Weibull核函数的MCSVDD状态识别系统的识别精度整体高于基于多项式和高斯核函数的MCSVDD系统。
针对应答器周围存在大量金属物影响其电磁传输性能的问题,在电磁场仿真软件中建立应答器天线模型,从金属面面积、金属面到应答器垂直距离及金属面厚度3个方面进行仿真实验,得到不同参数下应答器上行链路信号幅度曲线,计算应答器传输性能指标值并分析其传输性能所受的影响。研究表明:金属面面积越大,应答器传输模块(balise transmission module,简称BTM)接收安全报文帧数等性能指标越小,且减小程度越明显,来自旁瓣区的干扰越大,当金属面积大于320 mm×320 mm时,不能满足应答器上行链路场强一致性要求;金属面到应答器距离绝对值越大,来自旁瓣区干扰越小,其值大于123 mm时才能满足场强一致性要求; 金属面厚度越大,来自旁瓣区干扰越大,其厚度不应超过1 mm。
为了研究大载荷循环作用下焊接结构的疲劳强度,采用数字图像相关(digital image correlation,简称DIC)和红外热成像(infrared thermography,简称IR)同步耦合测试方法,同时获取结构表面的全场应变和温度信息,解释了结构损伤的演变过程。首先,通过45#钢试样的拉伸试验,获得了45#钢拉伸过程中试样表面的温度和应变变化规律;其次,损伤过程各阶段中温度特征与材料载荷时间曲线吻合程度较好,反映了45#钢损伤状态的不同历程;最后,开展了发动机GH4061焊接结构超低周循环疲劳试验,捕捉了焊接结构在循环载荷作用下裂纹的萌生、发展和断裂的全过程,并进行了全场应变和温度的同步测试分析。试验结果验证了该方法在焊接结构疲劳损伤监测中的可行性与有效性。
为了研究大跨屋盖表面风压非高斯特性及极值风压分布,对某高铁站房屋盖进行了风洞测压试验。首先,对表面风压进行高斯分布和非高斯分布的划分;其次,对比3种不同单一概率分布(Gumbel、Lognormal和Weibull)及其对应的组合分布(双Gumbel、双Lognormal和双Weibull)对屋盖表面风压时程的拟合效果,并比较了组合概率分布获取的极值风压与修正Hermite法的估计结果;最后,给出全风向角下屋盖极值风压分布。结果表明:组合概率分布对风压时程的拟合效果优于单一分布,组合分布在同一保证率下的极值估计结果好于单一分布;组合分布在99.90%保证率下的估计效果总体上优于修正Hermite法;极值风压随风向角变化显著,在全风向角下极小值风压系数在屋盖边缘侧中部最小,可达到-5.9。
针对当前国内外磁浮列车靴轨系统检测指标较单一、缺少100~140 km/h速度范围检测数据等现状,提出了一个全面高速磁浮列车靴轨系统检测框架。首先,结合弓网和靴轨系统测试相关标准与规范,设计了包括靴轨接触力、振动加速度、受电靴电流、燃弧及靴轨横向几何参数的检测方法;其次,提出将视频监控、数据统计分析功能相结合的随车实时侧部靴轨监测系统,并开发了原始检测数据提取处理分析的配套程序;最后,以某中低速磁浮线为试验对象,对磁浮列车各速度等级测量的数据进行了分析。结果表明:磁浮列车上下运行弓网动态性能存在差异;膨胀接头处接触力、振动程度比中间段较大,靴轨动态性能较差;靴头振动主要来自垂向振动。相关研究揭示了磁浮列车靴轨系统在不同工况下的特性与问题,为磁浮列车靴轨系统的进一步优化提供了理论支持和实践依据。
为了分析高超声速飞行器的可靠性,将高超声速飞行器纵向模型等效为悬臂梁结构,并为其建立了极限状态函数。针对极限状态函数中变量参数的不确定性,提出了一种基于两阶段Kriging模型的混合可靠性分析方法。首先,第1阶段以满足一定精度的可能失效点为采样中心,选取初始样本点构建初始Kriging模型,使模型满足一定的精度;其次,第2阶段基于一次可靠度方法和初始Kriging模型对飞行器进行混合可靠性分析,该阶段结合学习函数对Kriging模型进行自适应更新,提高了可靠性计算的效率和精度;最后,在极限强度、悬臂梁高度和宽度的不同分布条件下,与已有的方法进行了对比。结果表明,所提方法能满足高超声速飞行器可靠性分析的实时性和精度要求。
针对介电弹性体驱动器非线性动态特性难以准确捕捉的问题,提出了一种介电弹性体驱动器参数辨识方法。首先,基于瞬态提取变换 (transient‑extracting transform,简称TET) 的时频变换方法,利用扫频激励获得驱动器响应信号;其次,通过分离提取其中谐波分量与基频分量,分别计算不同分量的传递函数,从而获得介电弹性体驱动器的传递函数;最后,与实验数据进行了对比。结果表明,基频传递函数的拟合准确度为92.11%,二次谐波传递函数的拟合准确度为90.35%。所提方法无需考虑材料特性或自由能密度函数,且考虑了系统高次谐波分量的影响,为电活性材料结构的参数辨识提供新的思路。
针对现有模型不适用于木棉纤维材料流阻率预测的问题,测试了不同体密度的木棉毡。首先,使用已有的预测模型计算了木棉毡的流阻率;其次,通过对测试值拟合,给出了适用于木棉毡流阻率预测的经验模型;最后,考虑不同体密度下木棉纤维的截面形状与排布,基于Tarnow模型和哈根‑泊肃叶流动假设,通过推导微单元中的平均速度和摩擦力,给出了纤维圆形截面和扁平截面下木棉毡流阻率的分析模型,并使用压扁率对模型进行了修正。结果表明:与测试值对比,已有模型的木棉毡流阻率预测精度较低;修正模型适用于介于两种截面之间的过渡状态,修正后的模型在体密度20~180 kg/m3范围内具有较高的预测精度。