To improve the ability of the deep learning model to handle imbalanced data, a fault diagnosis method based on improved gated convolutional neural network (IGCNN) is proposed. Firstly, an improved gated convolution layer is proposed for feature extraction, with the batch normalisation (BN) layer applied to adjust the data distribution and enhance the generalisation performance of the model. Then, the feature learned by multiple gated convolution layers and pooling layers is fed to the fully connected layer for fault type identification. Finally, the label-distribution-aware margin (LDAM) loss function is employed to adjust the model being more sensitive to the minority class and mitigate the influence of imbalanced data on the model. Experimental validation is conducted using two bearing datasets. Results show that the proposed method is more robust than other fault diagnosis methods, with higher recognition accuracy in severely imbalanced dataset.
To analyze the seismic response characteristics of unequal-span subway station structures in saturated sites, a three-dimensional numerical model of an unequal-span subway station structure is established, based on the finite element analysis software MIDAS-GTS. The elastic modulus, cohesion, Poisson’s ratio, and friction angle are selected as the sensitivity parameters. Moreover, combined with the saturated two-phase medium dynamic analysis method, the orthogonal test method is also utilized, to obtain the corresponding seismic response range. The results show that, the lower end of the shear wall and the vicinity of the cantilever span are prone to bending failure, and that the central columns are prone to shear failure. Under the action of a horizontal ground motion, or under the combination of horizontal and vertical ground motions, the influence of the elastic modulus is the largest, the influence of the Poisson’s ratio and the friction angle is the second largest, and the influence of cohesion is the smallest. This procedure of seismic response characteristics for unequal-span subway station structures can provide a reference for the seismic design of these structures.
以西安某拟建数据中心为例,开展地铁列车运行对数据中心机房设备的振动影响评价.以"振源-传播途径-受振体"为基线,采用实测与数值计算相结合的研究方法.首先,开展场地自由衰减特性测试,获取地铁列车振动沿场地的传播规律;其次,在拟建建筑物场地边界距离地铁线路最近处布置测点,获取过车时的振动响应;然后,建立拟建建筑物结构有限元模型,获取其主要动力特性;最后,以场地实测加速度作为输入,采用一致激励法进行结构的车致振动响应计算,并对建筑物内精密设备的振动影响进行预测与评价.研究表明:(1)地铁列车运行时该数据中心机房设备振动达标;(2)地铁列车振动主频集中在31.5 Hz～80 Hz;在31.5 Hz以下的中低频段,场地表现出明显的整体振动特点;在31.5 Hz以上的中高频段,地面高频振动分量随距离迅速衰减;(3)会车工况与近轨工况地面监测结果接近,说明近轨列车振动能级显著大于远轨,会车时振动能量较近轨列车增加不明显.研究思路可为此类结构的振动分析和减隔振设计提供参考.
以某型号离心风机为研究对象,保留相关结构细节特征,建立三维有限元模型.基于CFD(Computational Fluid Dynamics)软件采用雷诺时均法对其内部流场开展稳态计算,并采用声类比积分法对风机的气动噪声进行预测.通过气动性能以及辐射噪声的试验测试和仿真结果对比来验证仿真模型的有效性.由宽频噪声模型分析可知,离心风机噪声源位置主要集中于叶片以及蜗舌附近.考虑到工程用离心风机结构改型成本较高,对叶片进行穿孔二次设计,提出一种优化的穿孔方案,探讨叶片穿孔对离心风机气动性能以及噪声声压级的影响.研究结果表明,优化后的叶片穿孔设计可降低叶片表面的压力脉动进而减少离心风机气动噪声,所提出的设计方案可使风机噪声总声压级降低2.64 dB.
描述中国航发商用航空发动机有限公司(商发公司)新研制的大涵道比风扇声学试验器(Fan Aeroacoustic Test Facility,FATF)的初步设计方案和声学调试结果.FATF配备尺寸36 m×33 m×15 m、截止频率100 Hz的全消声室,是目前国内最大的风扇声学试验全消声室.FATF还配备进气整流罩(Turbulence Control Screen,TCS)、远场声阵列等试验设备,满足风扇远场噪声试验需求.对FATF全消声室自由声场、频率范围和背景噪声进行调试和校准,结果显示,全消声室的自由声场频率范围、背景噪声等技术指标均完全满足设计要求,证明FATF的全消声室技术指标均已达到国际先进水平,可满足后续风扇气动声学试验需求,支撑航空发动机风扇的降噪设计与改进优化.
为减少城市轨道交通运营过程中经由隧道区间传播至地表的振动,基于雄安至北京大兴机场R1线明挖区间,对区间内橡胶混凝土隔离桩隔离进行研究.采用ABAQUS建立隧道-地层模型,对等高式、上穿式、下插式、阻隔式等四种工况进行减振效果分析.研究结果表明:等高式工况,最大可使地表振动加速度减小28.5%,振动加速度级降低5.5%;上穿式工况,最大可使地表振动加速度减小27.2%,振动加速度级降低2.1%;下插式工况,对辐射振动的整体阻隔作用显著,最大使地表振动加速度减小28.1%,振动加速度级降低5.4%;阻隔式工况,最大可使地表振动加速度减小25.9%,振动加速度级降低4.4%.
嵌入管式亥姆霍兹共振器的管体位于共振腔内部,可压缩亥姆霍兹共振器结构体的厚度,利于轻薄化应用.为探究嵌入管式亥姆霍兹共振器的幅频调控机制,利用传统亥姆霍兹共振器的吸声原理,推演其吸声理论模型,并确定其阻抗匹配结构设计计算公式;随后制备并测量不同结构参数的单胞样件,通过分析结构参数对共振频率及共振幅值的影响,揭示其结构参数的幅频调控机制;最后结合多单元耦合特性,设计嵌入管式共振器多腔耦合吸声单元.结果表明,在频率396 Hz～501 Hz范围内,该吸声单元平均吸声系数大于0.95.对结构参数调控机制的研究成果可用于指导嵌入管式亥姆霍兹共振器结构设计,以进一步提高优化设计效率.
为进一步控制地震作用下基础隔震结构的地震响应,融合负刚度与惯容的减震优势,开展了负刚度-惯容阻尼器(Negative Stiffness Inerter Damper,NSID)对隔震结构减震性能提升研究.基于NSID-隔震结构耦合系统的状态空间方程,推导了Clough-Penzien谱输入下耦合系统随机地震响应;综合NSID设计成本和隔震结构减震性能提升需求,提出了基于成本控制的NSID参数优化方法;通过对比NSID、黏滞阻尼器(Viscous Damper,VD)、负刚度阻尼器(Negative Stiffness Damper,NSD)、惯容阻尼器(Viscous Inerter Damper,VID)对隔震结构在近场脉冲型地震作用下的控制效果,阐明了NSID对隔震结构减震控制的优势.研究结果表明:基础隔震复合NSID的减震措施可以有效降低隔震结构的隔震层位移,以及上部结构层间位移和绝对加速度响应;由于负刚度元件的存在,NSID对隔震结构位移的控制效果稍劣于VID,但优于NSD和VD;优化设计的NSID综合了惯容和负刚度对隔震结构层间位移和绝对加速度的控制优势,对隔震结构层间位移和绝对加速度的控制效果优于VD、VID和NSD.
基于复合材料火箭整流罩腔内噪声被动控制方法,将装载精密仪器的整流罩圆柱段等效为圆柱壳,采用仿真分析和实验测试相结合的方法探究内衬泡沫复合材料层合圆柱壳的中低频(100 Hz～1 000 Hz)隔声特性.基于Virtual.Lab Acoustic声学软件建立有限元模型,并搭建实验平台,通过实验测试圆柱壳腔内响应以验证中低频下模型的正确性.仿真分析100 Hz～1 000 Hz频段下内衬三聚氰胺泡沫(Melamine Foam,MF)厚度、敷设率和敷设位置等因素对复合材料层合圆柱壳隔声性能的影响规律.结果表明:在300 Hz～1 000 Hz频段,随内衬泡沫厚度增加,复合材料层合圆柱壳隔声量增大;在430 Hz～1 000 Hz频段,内衬泡沫敷设率在25%、50%和75%时,复合材料层合圆柱壳分别能达到17.24 dB、17.81 dB和19.05 dB的隔声效果.
针对国内桥梁抗震挡块大都因采用混凝土材料且缺乏规范指导而导致脆断成为常见震害,基于蜂窝结构面内压缩耗能的特点并结合"保险丝"理念,设计出一种新型蜂窝芯型抗震挡块.通过有限元软件对蜂窝芯型挡块进行数值模拟分析,结合挡块力-位移曲线图,发现挡块的承载力强,强度曲线清晰.结果表明:与常规混凝土挡块的脆断破坏相比,蜂窝芯型挡块的延性变形能力可以保证主梁位移不会突然加大且能保持足够的刚度;随着位移的增加,蜂窝芯型挡块强度呈现先上升后下降的趋势,耗能能力强;蜂窝芯型挡块的结构形式简单,传力路径明确,震后修复便利,可以在实际工程中推广应用.
针对采用单信号为输入的滚动轴承智能故障诊断方法存在诊断精度低、噪声鲁棒性差和难以适用于变工况等问题,提出一种多分支卷积神经网络(MBCNN)用于轴承故障诊断.该方法基于多尺度均值化对轴承振动信号进行重构,利用MBCNN的多个并行的分支从重构子信号中提取丰富互补的故障特征,采用残差学习和全局平均池化层改善模型的训练性能,建立基于微调的迁移学习策略以实现变工况故障诊断,并进行实验验证和对比分析.结果表明:所提出方法在变噪声实验中识别准确率为97.1%～100%,在不同迁移路径上诊断准确率高于98.8%,证明该方法具有良好的抗噪声能力和跨域故障诊断效果.
为减少某燃煤发电厂噪声污染,改善职工和附近居民的工作和生活环境,针对发电厂锅炉岛进行噪声治理.首先根据现场实测数据在分析噪声源频谱特性的基础上提出用隔声、吸声、消声技术和阻尼减振等措施的噪声综合治理方案.进而基于Cadna/A软件建立的声学模型模拟预测治理方案的降噪效果,结果表明发电厂测点噪声值均达到治理目标.最后根据实际治理后的检测结果进一步验证软件计算的可靠性,发电厂各测点达到国家规定噪声标准.国内燃煤发电厂大多为传统布局,各设备布局相似,研究设计的降噪方案及具体措施可为同类发电厂锅炉岛的噪声治理提供实际工程经验,具有较大的社会效益.
为掌握特高压变电站厂界环境噪声排放水平、评估工程设计及环评阶段噪声计算准确性,对实际运行的某特高压变电站厂界环境噪声及控制区边界噪声进行现场实测,并与计算值进行对比分析.结果表明,变电站噪声控制区边界噪声排放满足2类声环境功能区噪声排放限值要求,电抗器侧厂界夜间噪声高出2类标准值0.6 dB(A)～11.1 dB(A);商业软件计算所得厂界噪声理论值与实测值存在一定差值,评估电抗器侧厂界噪声达标情况时,建议将计算值额外增加3 dB(A);变电站电抗器侧厂界噪声主要为100 Hz低频声,因声波干涉效应,衰减曲线为"波浪式";变电站厂界外噪声实际衰减比理论计算更快,但站外100 m范围内存在计算值比实测值大的情形,建议将该范围内敏感建筑物的噪声计算值增加2 dB(A)后进行评估;选址在无噪声敏感建筑物区域的变电站,设置噪声控制区是可行的.研究成果可为特高压变电站噪声计算、评价及控制提供技术支撑.
针对有色噪声环境下的结构响应重构问题,提出一种基于改进粒子滤波算法的响应重构方法.首先在粒子群优化粒子滤波算法的基础上,引入权值的优化组合,以减缓粒子退化,从而提升粒子的多样性.然后将改进后的算法用于结构响应重构中,使用有限的加速度响应对未知的速度及加速度响应进行重构.最后分别对二维桁架和简支梁进行数值模拟和试验验证,结果表明与标准粒子滤波算法和粒子群优化粒子滤波算法的响应重构方法相比,所提改进算法在有色噪声环境下的响应重构精度更高.
通过抑制螺旋桨等旋转设备引起的结构低频振动,可有效降低艇体低频声辐射.基于多通道自适应控制算法的主动振动控制技术由于减振效果好、重量代价小、频率自适应能力强等优点已成功应用于各型舰船中.对于大型舰船,需要更多的作动器和误差传感器形成更大规模的多通道系统才能满足减振需求,这将导致各误差通道耦合更复杂和运算量剧增,现有集中式算法的嵌入式系统为完成此大规模多通道系统庞大的运算量,将需要更高性能的运算单元和存储器,从而导致工程实现十分困难.借鉴无线传感器网络中的增量协作策略环形拓扑结构来优化误差通道的耦合关系,提出一种适合于大规模多通道系统的分布式主动振动控制算法.以某大型舰船旋转设备安装结构为仿真模型,开展规模为20×20的减振仿真研究,仿真结果表明:双频仿真平均加速度级衰减26 dB,单频仿真加速度级衰减约27.5 dB,运算量均可降低约77%.验证所提分布式算法在有效抑制艇体低频振动前提下,可显著降低运算量.
某乘用车搭载1.5 T四缸发动机,匹配湿式双离合(Wet Double Clutch Transmission,WDCT)变速箱,在NVH调校时,系统会在发动机启动工况或发动机转速下降至450 r/min左右时产生共振,且共振持续时间长,整车抖动严重.通过研究分析确定该问题是由于双质量飞轮的低刚度致使发动机转速与整车动力传动系统的共振频率耦合导致.为进一步解决该共振问题,采集此整车共振工况下的转速波动信号.基于AMESim软件搭建双质量飞轮的多自由度动力学仿真模型和模态分析模型,通过仿真分析确定双质量飞轮的初次级飞轮转动惯量、扭转刚度、基础阻尼力矩及自由转角对发动机扭振衰减效果的影响,得到共振问题的解决方案并进行试验验证.结果表明,减小弹簧刚度、增大基础阻尼力矩以及优化初次级飞轮的惯量可以有效降低双质量飞轮的共振转速和共振振幅,提升整车的NVH特性.
为解决多声源声阵列测量空间分辨力差、阵列构型复杂度高以及盲目性强的问题,提出一种分区编码多目标优化随机阵构型方法.基于声阵列测量及孔径理论,以多环同轴圆环阵为基础阵进行阵列分区,设置阵列分区方式及其结构约束,联合阵列性能评价参数构建多目标价值函数,构建候选点的分区编码和阵元分布均匀性的交叉算子,形成带有精英保留策略的快速非支配多目标优化算法,进行多目标求解得出最优随机阵构型.经仿真和实验验证,结果表明该方法可使阵列构型更简易精确,多声源空间分辨率更高.
针对齿轮内部激励及齿轮副激励力特性问题,建立跨接齿轮三维有限元模型,基于接触有限元方法对跨接齿轮开展时变啮合刚度的计算;在此基础上建立跨接齿轮-轴-轴承模型,基于有限元软件隐式动力学计算方法,进行动态响应及激励力的计算.结果表明,采用接触有限元方法能够得到跨接齿轮的考虑初始啮合相位的时变啮合刚度,动态激励力以啮合频率为主,伴随有以转动频率为调制频率的边频带.
针对滚动轴承早期故障信息微弱,被强大噪声干扰的问题,基于谱图理论在图谱域构建小波系数以分析图信号中包含信息的思想,提出一种谱图小波自适应阈值降噪(Spectral Graph Wavelet-adaptive Threshold Denoising,SGW-ATD)的滚动轴承早期故障诊断方法.首先,将一维振动信号转换为路图信号,引入谱图小波变换将路图信号分解.其次,保留低频尺度系数,构建自适应阈值对高频系数进行阈值处理,通过谱图小波逆变换得到降噪信号.最后,为进一步抑制噪声,求取降噪信号的自相关函数,通过对自相关函数进行包络谱分析实现故障特征提取.将所提方法与其他几种经典降噪方法进行对比;结果表明,所提方法得到的降噪信号信噪比更高,可以更有效地实现滚动轴承早期微弱故障诊断.
