發(fā)動機結構振動與故障診斷理論技術

上 部
第1章 內(nèi)燃機結構振動與仿真分析簡介\t3
1．1 引言\t3
1．2 內(nèi)燃機結構振動與活塞動力學的研究概況\t3
1．2．1 內(nèi)燃機結構振動分析研究概況\t4
1．2．2 內(nèi)燃機結構振動反問題簡述\t4
1．2．3 內(nèi)燃機活塞動力學研究概況\t5
1．3 重要意義與主要內(nèi)容\t7
1．3．1 重要意義\t7
1．3．2 主要內(nèi)容\t7
1．3．3 仿真模型系統(tǒng)的確認與驗證\t8
第2章 發(fā)動機故障振動問題的技術路線分析\t9
2．1 引言\t9
2．2 發(fā)動機故障診斷基本問題\t9
2．3 解決問題的技術路線\t11
第3章 直列六缸發(fā)動機曲柄滑塊機構動力學\t13
3．1 引言\t13
3．2 曲柄滑塊機構理論模型\t14
3．2．1 曲柄滑塊機構運動分析\t14
3．2．2 曲柄滑塊機構作用力分析\t16
3．2．3 發(fā)動機曲柄滑塊機構動力學方程\t16
3．2．4 軸承摩擦力矩特性\t17
3．2．5 外載荷特性\t18
3．2．6 活塞組作用力\t18
3．2．7 工質(zhì)作用力\t19
3．3 計算模型\t19
3．3．1 算法設計\t19
3．3．2 算法實施\t20
3．4 數(shù)據(jù)參數(shù)\t20
3．5 模型驗證\t21
3．5．1 運動副作用力特征的定性檢查\t21
3．5．2 穩(wěn)態(tài)瞬時轉(zhuǎn)速波動檢驗\t22
第4章 發(fā)動機一維氣體流動熱力學計算\t24
4．1 引言\t24
4．2 理論模型\t24
4．2．1 系統(tǒng)基本方程\t25
4．2．2 缸內(nèi)傳熱模型\t27
4．2．3 燃燒放熱模型\t28
4．2．4 氣閥流量特性\t29
4．2．5 變工況燃燒模型參數(shù)計算\t30
4．2．6 渦輪增壓系統(tǒng)匹配計算\t30
4．3 計算模型\t31
4．3．1 算法設計\t31
4．3．2 穩(wěn)定工況獲取\t32
4．3．3 穩(wěn)定工況熱力學系統(tǒng)求解結果\t32
4．4 數(shù)據(jù)參數(shù)\t33
4．5 模型驗證\t34
4．5．1 外特性驗證\t34
4．5．2 對仿真柴油機效率的定性考察\t34
第5章 活塞二階運動計算\t36
5．1 引言\t36
5．2 理論模型\t36
5．2．1 考慮慣性的光滑型面下活塞二階運動方程\t39
5．2．2 活塞二階運動求解意義\t43
5．3 算法模型\t43
5．3．1 求解過程\t44
5．3．2 壓力分布求解\t44
5．3．3 動力學方程求解迭代格式改進\t47
5．4 幾何數(shù)據(jù)參數(shù)有效估計\t49
5．4．1 幾何及質(zhì)量參數(shù)\t49
5．4．2 活塞裙部型線\t49
5．4．3 數(shù)值求解活塞二階運動的有關參數(shù)\t50
5．5 模型確認與驗證\t50
5．5．1 模型驗證\t50
5．5．2 模型確認\t51
第6章 柴油機機體有限元建模與模型驗證\t53
6．1 引言\t53
6．2 機體有限元建模\t54
6．2．1 單元和單元屬性\t54
6．2．2 子結構劃分與結合面連接方式\t54
6．2．3 有限元建模和結構簡化的處理\t55
6．2．4 支撐約束處理\t55
6．2．5 模型動力響應求解方法\t56
6．2．6 模型的檢查和驗證\t56
6．3 柴油機機體錘擊試驗布置與實施\t57
6．4 模態(tài)參數(shù)時域辨識\t58
6．4．1 ERA法概述\t58
6．4．2 算法實現(xiàn)\t60
6．4．3 模態(tài)參數(shù)辨識結果評估\t60
6．4．4 柴油機頻帶阻尼分布估計\t61
6．5 EMA與FEM結果比較\t61
第7章 活塞組橫向沖擊下機體表面振動分析與驗證\t63
7．1 引言\t63
7．2 理論模型\t64
7．2．1 基本假定\t64
7．2．2 機體結構動力學分析模型\t65
7．3 計算模型\t67
7．3．1 載荷組劃分\t67
7．3．2 工作情況下的阻尼估計\t69
7．3．3 穩(wěn)態(tài)工況熱力學參數(shù)獲取\t70
7．3．4 求解過程\t71
7．4 仿真模型確認與驗證\t71
7．4．1 與實際測試信號在頻域上的比較\t71
7．4．2 與實際測試信號在時域上的比較\t72
7．4．3 對實測波形特征點性質(zhì)的確認\t73
7．5 不同工況與參數(shù)下活塞橫向沖擊引起表面瞬態(tài)響應特性研究\t74
7．5．1 沖擊特性隨轉(zhuǎn)速的變化\t74
7．5．2 不同轉(zhuǎn)速時活塞對缸套主副推力側(cè)作用力最大增量的變化\t75
參考文獻\t77
中 部
第8章 發(fā)動機結構振動及其振動傳遞路徑分析\t83
8．1 引言\t83
8．2 直列六缸發(fā)動機表面振動分析\t83
8．3 直列六缸發(fā)動機振動的激振源及其特性分析\t84
8．3．1 燃燒激振源\t85
8．3．2 活塞側(cè)向敲擊激振\t85
8．3．3 氣門撞擊激振\t86
8．4 柴油機振動傳遞路徑分析\t86
第9章 發(fā)動機表面振動信號特性分析\t88
9．1 引言\t88
9．2 柴油機表面振動信號的采集\t88
9．2．1 發(fā)動機測試實例\t89
9．2．2 傳感器及測試儀的選取\t89
9．2．3 振動測點位置\t89
9．2．4 采樣頻率的確定\t90
9．3 發(fā)動機幾種常見故障的描述\t91
9．3．1 燃燒沖擊\t91
9．3．2 活塞側(cè)向敲擊\t91
9．3．3 進、排氣門間隙異常\t91
9．4 發(fā)動機表面振動信號特性\t92
9．4．1 時域、頻域特性\t92
9．4．2 循環(huán)波動特性\t92
9．4．3 非平穩(wěn)時變特性\t92
第10章 發(fā)動機振動烈度的頻域估計方法\t93
10．1 建立振動烈度頻域估計表達式\t93
10．2 對振動數(shù)據(jù)的要求\t95
10．3 基本公式的數(shù)值驗證\t95
10．4 振動烈度算法設計\t97
10．5 方法的驗證\t98
第11章 基于瞬時轉(zhuǎn)速的發(fā)動機故障特征提取\t100
11．1 發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速原理\t100
11．2 發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速特征量提取\t100
11．3 瞬時轉(zhuǎn)速信號的數(shù)據(jù)處理與實驗結果分析\t101
11．3．1 瞬時轉(zhuǎn)速脈沖信號的測試分析\t102
11．3．2 瞬時轉(zhuǎn)速諧波信號的測試分析\t105
第12章 配氣系統(tǒng)振動的時域與頻域分析\t111
12．1 發(fā)動機配氣系統(tǒng)振動信號采集\t111
12．2 發(fā)動機振動信號時域分析\t112
12．2．1 峰峰值法的振動信號特征提取\t112
12．2．2 信號多測點信息融合診斷分析\t114
12．2．3 實例測試分析\t115
12．3 發(fā)動機振動信號頻域分析\t117
12．3．1 基于STFT的發(fā)動機振動信號特征提取\t117
12．3．2 STFT功率譜能量的振動信號分析\t120
12．3．3 實測信號分析\t122
12．3．4 時域沖擊特征識別\t130
12．3．5 沖擊特征參數(shù)提取\t131
第13章 基于小波分析的發(fā)動機振動分析\t133
13．1 傅里葉分析與小波分析\t133
13．1．1 Fourier 分析\t133
13．1．2 小波分析原理簡介\t134
13．1．3 二進小波和二進小波變換\t135
13．2 小波多分辨率分析\t136
13．2．1 正交小波\t136
13．2．2 正交多分辨分析\t136
13．2．3 Doubechies緊支小波\t137
13．3 正交小波包分析\t138
13．3．1 小波變換與時-頻分析\t138
13．3．2 正交小波包\t139
13．3．3 小波包算法\t139
13．3．4 利用小波包進行信號的消噪處理\t140
13．3．5 利用小波包分析進行信號特征提取\t143
13．4 Laplace基波相關性的特征參數(shù)提取\t145
13．4．1 Laplace小波及其特性\t145
13．4．2 基于Laplace小波提取進、排氣門落座沖擊響應特征參數(shù)\t146
第14章 匹配追蹤法的發(fā)動機多故障綜合診斷\t152
14．1 匹配追蹤法的故障特征提取\t152
14．1．1 信號的展開與內(nèi)積\t152
14．1．2 匹配追蹤信號展開\t153
14．1．3 匹配追蹤時頻表示與分布\t155
14．1．4 匹配追蹤法的故障實例分析\t156
14．2 匹配追蹤法的多故障綜合診斷\t160
14．2．1 多故障綜合診斷的統(tǒng)一算法\t161
14．2．2 信號最優(yōu)化匹配追蹤分解算法\t161
14．3 多故障實例分析\t162
14．3．1 多缸進氣門間隙故障\t162
14．3．2 多缸排氣門間隙故障\t164
14．3．3 多缸進氣門、排氣門間隙故障的診斷\t165
14．3．4 燃燒沖擊及活塞敲缸沖擊故障診斷\t167
第15章 發(fā)動機多故障綜合診斷方法\t169
15．1 馬氏距離方法對沖擊類型的識別\t169
15．1．1 馬氏距離的定義\t169
15．1．2 多類馬氏距離判別\t169
15．1．3 實例分析\t170
15．2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡在發(fā)動機配氣系統(tǒng)故障診斷中的應用\t172
15．2．1 神經(jīng)元模型\t173
15．2．2 三層神經(jīng)網(wǎng)絡的基本結構\t173
15．2．3 故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡設計\t174
15．2．4 神經(jīng)網(wǎng)絡分類識別\t176
參考文獻\t183
下 部
第16章 風力發(fā)電機組齒輪箱故障診斷\t187
16．1 風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀\t187
16．2 大型風電機組傳動系統(tǒng)及典型故障概述\t188
16．2．1 大型風力發(fā)電機組基本結構\t188
16．2．2 大型風力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)\t189
16．2．3 大型風電機組傳動系統(tǒng)典型故障\t191
第17章 風電機組傳動系統(tǒng)故障特征及診斷方法\t195
17．1 轉(zhuǎn)子故障機理與特征\t195
17．1．1 轉(zhuǎn)子不平衡\t195
17．1．2 轉(zhuǎn)子彎曲\t196
17．1．3 轉(zhuǎn)子支承部件松動\t197
17．1．4 碰摩故障\t200
17．1．5 轉(zhuǎn)子不對中\(zhòng)t201
17．2 滾動軸承故障機理與特征\t203
17．2．1 滾動軸承典型結構\t203
17．2．2 滾動軸承特征頻率\t204
17．2．3 軸承的固有振動頻率\t204
17．2．4 滾動軸承運行故障特征\t205
17．3 齒輪故障機理與特征\t208
17．3．1 齒輪的簡化振動模型\t208
17．3．2 齒輪振動的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象\t209
17．3．3 齒輪故障振動特征\t210
17．4 故障特征提取方法\t212
17．4．1 倒頻譜\t212
17．4．2 細化譜分析\t214
17．4．3 解調(diào)譜\t215
第18章 大型風電機組傳動系統(tǒng)故障診斷分析\t217
18．1 風電機組測點說明\t217
18．2 電機轉(zhuǎn)子故障分析\t218
18．3 齒輪故障分析\t221
18．4 軸承故障分析\t230
第19章 基于LabVIEW的風電機組傳動鏈故障診斷系統(tǒng)設計與開發(fā)\t237
19．1 LabVIEW簡介\t237
19．2 數(shù)據(jù)分析與故障診斷系統(tǒng)的設計開發(fā)\t238
19．2．1 數(shù)據(jù)讀取回放模塊\t238
19．2．2 轉(zhuǎn)子信號分析模塊\t239
19．2．3 齒輪信號分析模塊\t240
19．3 數(shù)據(jù)分析和故障診斷系統(tǒng)分析實例\t240
第20章 風力機葉片振動信號的獲取及特性分析\t244
20．1 基于機組振動的葉片振動信號獲取\t244
20．1．1 風力機葉片模態(tài)試驗\t244
20．1．2 風力機模態(tài)試驗結果\t247
20．1．3 測點位置的選擇\t252
20．1．4 風力機葉片故障設置\t253
20．1．5 風力機葉片振動信號測試\t253
20．2 風力機葉片振動信號特性分析\t254
20．2．1 葉片常見故障\t254
20．2．2 葉片不同故障狀態(tài)下信號的振動特性\t254
第21章 風力機葉片故障特征量的提取及故障分析\t259
21．1 風力機葉片故障特征量提取\t259
21．1．1 振動信號能量變化率計算\t259
21．1．2 特征值的提取方法\t260
21．1．3 特征值的提取過程\t260
21．2 風力機葉片故障的分析\t261
第22章 基于支持向量機的葉片故障模式識別\t265
22．1 支持向量機（SVM）分類學習算法原理簡介\t265
22．1．1 支持向量機分類（SVC）算法\t265
22．1．2 支持向量機（SVM）的核函數(shù)\t268
22．2 支持向量機（SVM）數(shù)據(jù)前處理\t269
22．2．1 數(shù)據(jù)歸一化\t269
22．2．2 數(shù)據(jù)降維\t269
22．2．3 參數(shù)尋優(yōu)\t269
22．3 基于支持向量機的葉片故障診斷\t270
第23章 旋轉(zhuǎn)與往復式機械故障診斷系統(tǒng)\t273
23．1 系統(tǒng)結構\t273
23．2 診斷系統(tǒng)的安裝要求、軟件特點和實現(xiàn)過程\t274
23．3 系統(tǒng)實現(xiàn)\t275
23．4 系統(tǒng)應用結果\t276
參考文獻\t278