基于二次滤波的HHT渡槽模态参数辨识方法

针对大型渡槽安全运行评估问题,提出一种环境激励下基于二次滤波的希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)模态参数辨识方法。采用小波阈值与经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)结合的二次滤波方法滤除运行环境中强噪声干扰,凸显结构动力特性,有效避免了模态混叠问题;根据奇异熵增量理论确定系统阶数,应用HHT方法辨识降噪后信号,提高辨识准确性和精度。将该方法应用于景泰川二期三泵站输水U型渡槽,辨识正常输水工况下结构前5阶模态参数,建立该渡槽第一跨三维有限元模型,并计算模型同工况下前5阶模态参数,对比模态参数辨识结果与有限元仿真结果。对比结果表明:2种方法计算结果非常接近,最大误差为4.4%。说明基于二次滤波的HHT模态辨识方法能准确高效辨识强噪声背景下结构模态参数,可将该方法推广到大型渡槽结构中,为渡槽安全运行评估和健康在线监测提供新思路,应用前景广阔。     

基于阶次分析的永磁同步电机噪声源识别

为了识别出永磁同步电机的噪声来源,该文对常见的机械噪声和不同影响因素下的电磁噪声特点进行研究。首先分析了滚动轴承产生的噪声阶次特征,识别出了滚珠内外圈通过频率对应的分数阶噪声。其次通过麦克斯韦应力张量法推导了理想条件下作用于定子内表面的径向力波的频率阶次,结合实测电流谐波分析了不同电流谐波类型下的径向力波特征,通过引入偏心修正系数分析了转子动态偏心对径向力波的影响,从而识别出了不同影响因素下的电磁噪声源。并且建立了永磁同步电机的有限元模型,通过模态试验对定子铁芯和绕组的等效进行验证,由电机约束模态分析获取了电机在实际安装条件下的模态参数,对实测的共振噪声来源进行解释。最后分析了各影响因素产生的噪声对总体噪声的贡献量,指出电机的主要噪声源。该研究可以识别出永磁同步电机的每一阶次噪声和共振噪声的来源,为进一步的减振降噪奠定基础。     

玉米根茬收获系统的有限元模态分析与试验

针对研制的集铲挖和脱土于一体的玉米根茬收获系统,为进一步优化该系统的作业性能,采用有限元模态分析与试验模态分析相结合的研究方法,获得了该系统的前20阶的固有频率,以及各主要工作部件的典型振型。研究结果表明：系统的1～4阶（8.5～29.6?Hz）模态主要表现为升运链的整体弯振;5～14（44.1～124?Hz）阶模态表现为各主要功能部件的横梁及主轴的弯曲、扭转振动;15～20阶模态（135～190?Hz）则主要表现为各功能部件的末端振颤,上述系统模态属性,可为系统结构振动特性的描述及整机作业性能的优化提供依据。     

基于机器学习和全局敏感性的弧形闸门淹没特性

为了实现灌区精确量水、准确率定闸门流量系数,该研究针对弧形闸门泄流特性,采用支持向量机(support vector machine, SVM)、广义回归神经网络(generalized regression neural network, GRNN)、极限学习机(extreme learning machine, ELM)及核函数极限学习机(kernel extreme learning machine, KELM),对其淹没流态的泄流量进行预测,通过评价指标、目标函数(objective function, OBJ)准则和不确定分析等方法对模型性能进行综合评估。基于最优预测模型性能,引入全局敏感性分析Sobol法对无量纲参数进行量化分析,得出各参数对泄流量的重要程度,并进一步探究影响泄流的重要参数与流量系数(C_d)之间的变化规律。结果表明：KELM模型在测试阶段决定系数R²=0.972、平均绝对百分比K_MAPE=5.038%、均方根误差K_RMSE=0.020、威尔莫特一致性指数K_WIA...     

发动机进气系统阶次噪声及其消减方法

针对发动机进气噪声的消减与消声元件的位置具有很强的关联性特点,该文利用GT-Power软件分析了进气系统噪声,设计了谐振腔和1/4波长管来降低进气口处噪声。通过SYSNOISE软件进行了声模态分析,研究了声模态与阶次噪声之间的关系,来确定赫尔姆兹谐振腔和1/4波长管在进气系统上最好的消声位置。分析结果表明,消声元件布置在某阶模态的反节点位置与布置在节点位置相比,可以对该模态频率下的阶次噪声降低5 dB。     

改进AVSlowFast音视频融合模型对哺乳期母猪关键行为的识别

哺乳期母猪的自动行为监测对于保障母猪健康并及时发现异常状态具有重要意义。为了在识别母猪行为中整合视觉和听觉信号蕴含的信息,该研究提出了一种基于音视频特征多模态融合的哺乳期母猪关键行为识别方法。首先,引入三分支结构的AVSlowFast模型作为基础网络,通过视频慢通道、视频快通道、音频通道有效挖掘在视觉和听觉2种模态下的相关行为特征,并基于多层次侧向连接深入融合视听觉模态信息。在此基础上,该研究在特征融合后期引入高斯上下文变换器通道注意力模块,在不新增模型参数的条件下进一步优化高维多模态三维特征的融合效果,提高行为识别的准确率。该研究以哺乳期母猪为对象,采集实际养殖环境中的音频与视频数据进行试验,试验结果表明基于改进AVSlowFast音视频融合模型识别进食、哺乳、睡眠、拱栏、饮水、日常活动6种关键行为的平均精确率与召回率分别为94.3%和94.6%。与基于SlowFast的单模态行为识别方法相比,该研究提出的方法对6种行为识别的平均F1分数上显著提升了12.7%,为实现畜禽多模态行为监测提供了一种有效思路。     

Data-SSI与图论聚类结合识别果树固有频率

果树的固有频率是林果振动采收机械设计的重要依据之一。为有效识别果树的固有频率,该研究提出了基于数据驱动随机子空间Data-SSI（Data-driven Stochastic Subspace Identification）法与图论聚类稳定图相结合、仅以果树的输出响应信号对果树进行固有频率识别的方法,以尽量减少人为主观因素的影响。将该方法用于一棵室内小型银杏树和一棵室外较大银杏树固有频率的识别并与冲击力锤频谱测试结果进行对比分析。结果表明,室内小型果树在随机激励下本文方法识别结果与频谱试验结果相对误差小于4.17%;室外大型果树在环境激励下所提方法识别结果与频谱试验结果平均相对误差为2.88%,最大相对误差为6.02%。本文方法对仅基于输出响应信号的果树固有频率识别具有一定可行性,可为果树智能化共振采收时快速准确确定共振频率提供参考。     

平板闸门自由-淹没孔流统一流量率定模型

中国灌区的常用量水方法中，利用水工建筑物尤其是闸门量水是目前应用最为广泛的，但传统的闸门过流公式林林总总，实际应用中需区分自由、淹没流态选择对应的公式，理论值与实测值偏差较大，该研究拟提出一种基于实测数据率定的形式简单、可应用于多种流态的流量计算模型。主要采用三维数值模拟的方法，通过建立实际水闸的三维流体力学模型，研究不同流态下的闸门水力特性，并结合室内模型试验和野外原型观测提出基于实测数据率定的流量计算模型。研究步骤为：1）验证基于实测数据的率定模型的有效性及精确性；2）分析该模型应用于闸门不同流态的率定效果，判断其是否可用于自由及淹没孔流建立统一的流量关系；3）对所提出的模型方法进行野外实测数据验证，并进行误差来源分析。结果表明：1）该模型能够进行区分流态的率定且精度较高，90.63%的数据误差在5%以内；2）该模型能够统一自由-淹没孔流率定，使用仿真数据进行统一率定时数据误差在5%以内的占比为86.67%，使用南水北调中线某闸门8、10、11月份验证模型精度可达到77.64%的数据误差在5%以内，95%以上数据误差在10%以内的效果。该模型具有简单、光滑连续的特点，在实际工程应用中建议通过大量实测提高模型精度。     

基于蜂群优化多核支持向量机的淡水鱼种类识别

为了准确地进行淡水鱼种类自动识别,利用计算机视觉技术,提出了一种基于Krawtchouk矩、灰度共生矩阵、蜂群优化多核最小二乘支持向量机（least squares support vector machine,LS-SVM）的识别方法。首先获取淡水鱼样本的灰度图像,计算淡水鱼鱼体的长宽比、鱼头鱼尾的Krawtchouk矩不变量形状特征,求得鱼身的灰度共生矩阵纹理特征,将上述形状与纹理特征组合成高维特征向量,并输入到多核LS-SVM,通过人工蜂群（artificial bee colony,ABC）算法对多核LS-SVM中的待定参数进行寻优,ABC算法中的适应度函数为测试样本的识别精度;最后输出识别精度达到最高时的最优参数。利用该方法对鳊鱼、鳙鱼、鲫鱼、草鱼、青鱼5种淡水鱼进行了分类识别,对鳊鱼、鳙鱼、鲫鱼、草鱼4种鱼识别时,各类鱼的识别精度均达到95.83%以上,对鳊鱼、鳙鱼、鲫鱼、青鱼4种鱼识别时,各类鱼的识别精度均达到91.67%以上,对鳊鱼、鳙鱼、鲫鱼、草鱼和青鱼 5种鱼识别时,各类鱼的识别精度均达到83.33%以上;与近年来提出的淡水鱼识别方法、BP（back propagation）神经网络方法、单核LS-SVM方法相比,该方法的识别精度更高,从而可快速准确地识别淡水鱼的种类,提高水产养殖的自动化水平。     

柴油汽车驾驶室的减振动态设计

运用试验模态分析方法对柴油汽车驾驶室进行了参数识别，结果发现该驾驶室的第１０阶固有频率与发动机二阶惯性力频率相近，从而引起驾驶室较大的振动。为使驾驶室第１０阶固有频率避开发动机二阶惯性力，对驾驶室进行了动态修改设计，结果表明振动明显下降     

基于改进HHT的泵站管道工作模态辨识

为提高管道工作模态辨识精度,在希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)辨识基础上,发展奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)联合滤波技术与HHT时频域辨识结合的模态辨识方法。SVD-EMD联合滤除结构振动信号中的强噪声,凸显结构振动特性,有效避免了后期HHT参数辨识过程中虚假模态干扰,提高辨识精度和准确性。将该方法应用于景泰二期工程3泵站2管道的模态参数辨识问题中,建立该管道有限元模型并计算其结构动力特性。对比该文方法辨识结果、随机子空间辨识结果与有限元计算结果,该文方法辨识结果稍小于随机子空间辨识结果,与有限元计算结果更接近,其最大辨识误差为3.6%。研究表明,该方法能准确辨识管道频率,且有效降低管道结构背景强噪声。该研究可为管道安全运行和在线健康监测提供参考。     

基于模态置信度准则的插秧机支撑臂模态分析与结构优化

针对高速插秧机栽插机构动力传输过程中的振动问题,该文以2ZG-6DK插秧机为研究对象,分析了栽插系统动力传输方式及工作原理;利用Solid Works软件对插秧机动力传输系统中关键部件支撑臂进行建模,将模型导入ANSYS Workbench并结合Lanczos Method解算方法求解模态固有频率和振型,在此基础上开展基于MAC(modal assurance criterion)准则优化的模态试验,验证了有限元理论分析的准确性。为使支撑臂固有频率避开外部激振频率,在分析外部频率激振特点的基础上,基于ISIGHT多学科软件平台,采用序列二次规划法对支撑臂结构参数进行优化。研究结果表明:优化后支撑臂侧壁腔体厚度5.7 mm、横梁宽度42.0 mm、臂长497.0 mm,前4阶模态频率分别调整至135.17、204.23、483.14和702.32 Hz,均可避开插秧机汽油发动机激振频率范围86.67~120 Hz。优化后1阶频率下振动幅度衰减最为明显,振动幅值最高下降9.4%,支撑臂低频振动特性得到明显改善。研究结果可为插秧机的振动特性分析与减振设计提供参考。     

基于流固耦合模型的U型渡槽模态分析及验证

为提高渡槽结构工作模态特征的准确度,结合附加质量法原理和流固耦合（fluid solid interaction,FSI）系统理论,以景电工程输水渡槽为研究对象,建立不同形式的固-液耦合模型,对其进行工作模态数值分析,并将数值分析结果与采用小波阈值-经验模态分解联合滤波的希尔伯特-黄变换法（hilbert-huang transform,HHT）实测提取的频率值进行对比。结果表明：考虑FSI系统耦合模型的结果与HHT辨识结果吻合的较好,最大误差值为4.59%,比附加质量模型最大误差小5.97百分点,同阶次频率误差均比附加质量模型小,且弥补了附加质量模型出现的模态缺失现象。可见考虑FSI系统耦合模型的计算结果在模拟阶数和精度方面都优于附加质量模型,能准确反映渡槽结构的工作特性,可用在渡槽结构动力特性分析中,亦可作为后续渡槽结构损伤诊断研究的基准有限元模型。     

玉米收获机割台振动特性及其主要影响因素分析

针对收获机械割台振动剧烈、故障率较高等问题,研究了割台动态振动特性及其影响规律。以4YZP-3XH-1型玉米联合收获机割台为研究对象,首先建立了割台机架有限元模型并计算其自由模态,研究了割台模态试验方法,利用特征实现算法识别其模态参数;其次,利用模态试验验证了有限元模型的准确性和可靠性,在此基础上,计算获取割台机架的约束模态;再次,利用时域和频域方法分析振动时域信号,获得怠速、运输和田间收获工况割台的振幅分布特征、主振方向和频率分布规律;最后,研究了割台振动的影响因素及其振动主频与模态参数之间的对应关系,指出了振动频率激起模态振型的规律。研究结果表明,割台机架第1阶试验模态频率为27.260 Hz,第2~10阶模态频率范围为34.311~126.035 Hz,模态振型以弯曲振型和扭转振型为主,割台主轴(28.77 Hz)、切碎刀(29.63 Hz)、还田机(43 Hz)等工作频率均落入其前10阶约束模态频率内;在怠速、运输和田间收获作业工况下,工作部件运行工况相较于仅发动机工作,2种模式下割台振幅相差1个数量级;引起割台振动的主要因素为:发动机的2阶发火频率(76.25 Hz),割台主轴、切碎刀、搅龙、拨禾链、还田机等工作部件的耦合振动,以及道路激励(1.5、2.5 Hz)。对比割台约束模态与振动频率,发动机2阶发火频率引起割台弯扭组合振型,道路激励引起整体振动,割台主轴(28.77 Hz)和切碎刀(29.63 Hz)振动频率激起割台机架的一阶弯曲振型,还田机(43 Hz)振动频率激起割台的扭转振型。研究结果可为收获机械割台模态试验与振动特性分析、对标设计和优化提供参考。     

基于拉格朗日法的悬臂输送槽阻尼摆模型构建与验证

为准确分析联合收割机输送槽在作业时产生的不平衡摆动现象，该研究建立了基于液压缸支撑的联合收割机悬臂输送槽阻尼摆模型。首先对悬臂输送槽系统进行受力分析，并基于拉格朗日法建立其动力学微分方程。为进一步确定动力学微分方程中的参数，利用有限元法和模态分析法对液压缸刚度和阻尼进行参数标定；并进行田间试验获取输送槽所受外界激励。利用二次积分与快速傅里叶变换（fast fourier transform，FFT）处理田间试验采集到的加速度信号，得到悬臂输送槽振幅及振动的主频成分，为动力学微分方程的验证提供依据。最后求得悬臂输送槽角速度和摆角的表达式，将理论得到的初始状态下悬臂输送槽摆幅与田间试验实际摆幅进行对比。结果表明：稳定状态下，理论求解得到的同一水平位置两测点对应的摆幅分别约为0.0979、0.0957mm，与试验实际摆幅误差约为1.11%和4.30%，验证了该联合收割机悬臂输送槽阻尼摆模型的准确性。研究结果可为长江中下游地区水稻联合收割机悬臂输送槽结构优化提供理论依据。     

动水关闭的平面事故闸门体型优化试验研究

在已建水利水电工程中,利用自重、配重与水柱压力动水关闭的平面事故闸门,时常会出现无法完全闭门的现象,严重威胁水电站的正常运行及上下游安全。为探究其产生原因并找到有效的解决措施,该文针对进水口平面事故闸门出现的类似问题,采取水力学模型试验的方法,通过门体水柱压力试验以及不同体型闸门的闭门持住力对比,并结合闸门水动力荷载特性进行分析,明确事故闸门在动水中无法完全关闭是由工程摩擦系数(0.209)过大所致;基于伯努利原理,从增加水柱压力的角度出发,采取在平面闸门迎流面底部增设前缘板块,并对其下表面端部进行加厚处理的优化方案,在模型试验中,达到了增大闸门闭门持住力、促进闸门顺利关闭的效果,表明了该方案对解决已建工程平面事故闸门在动水关闭过程中无法下落问题的有效性。     

不同振动特性参数对杏树振动响应的影响

为研究振动时间、振动频率和振动激励点振幅等不同振动特性参数对杏树振动的影响,该文利用ANSYS软件对杏树进行了有限元建模分析;通过三因素三水平试验分析不同振动特性参数对杏树振动检测点的影响,利用Design Expert软件进行优化分析,并进行实验室验证试验。杏树自由模态振动响应分析表明最佳杏树振动采收响应频率范围为0～20 Hz;谐振动响应分析可知在最佳频率范围内,杏树振动激励点振幅为5、10和15 mm时,同一频率下,随着激励振幅的增大,相同位置加速度增大,但振动曲线整体变化规律和趋势一致。试验分析可知,各因素影响检测点1和2加速度的强弱顺序一致:激励点振幅振动频率振动时间;各因素影响检测点3加速度的强弱顺序为:振动时间激励点振幅振动频率;建立3个检测点的响应方程,由下至上3个检测点的回归方程决定系数分别为0.906 7、0.879 3和0.973 3;多目标参数优化结果为:振动时间7.207 s,振动频率15 Hz,激振点振幅10 mm,通过验证试验可知由下至上各检测点加速度为10.4g、10.2g和9.3 g,与优化值相近。该研究可为杏振动采收机械参数设计提供参考。