极端振动环境下间歇故障机理及在线诊断技术研究与应用

摘要

装备间歇故障随机性强、持续时间短，且难以发现，危害很大。统计数据与失效分析表明，振动环境应力是导致装备间歇故障主要原因之一，尤其在极端振动环境中，振动随机性更强、应力等级更高，间歇故障问题更加突出。如何在线诊断由极端振动环境应力引发的间歇故障是亟待解决的难点问题。本文针对极端振动环境下装备间歇故障频发的问题，从极端振动环境应力分析的角度出发，系统地分析极端振动环境应力诱发间歇故障模式的机理与规律，建立极端振动环境、装备组件累积损伤、间歇故障三者之间关联关系，研究极端振动环境下基于累积损伤和隐马尔可夫模型（HMM）的间歇故障在线诊断方法。
　　本研究主要内容包括：⑴给出了本文所研究极端振动环境的定义和装备所承受极端振动环境应力的界定范围；系统地分析了极端振动环境应力诱发间歇故障的机理和规律；以装备中某连接组件为例，建立了极端振动环境下的有限元仿真模型，分析了极端振动环境应力关键特征参数（极端振动加速度均方根值、极端振动频率）对连接组件间歇性失效的影响。⑵针对极端振动环境应力导致装备组件快速累积损伤进而导致间歇故障的机理，提出了极端振动环境下基于弹塑性应力理论的装备组件累积损伤的计算方法；在此基础上，建立了基于HMM的三态（正常态、间歇态、故障态）损伤关联关系模型，该模型描述了极端振动环境应力、组件损伤、组件间歇故障间的关联关系。⑶针对极端振动环境所诱发间歇故障时有时无的表现特点，在基于HMM的三态损伤关联关系模型的基础上，从装备组件各状态表现特征和内部累积损伤的角度入手，构建了基于累积损伤的HMM间歇故障诊断模型，优化设计了HMM间歇故障诊断模型参数，提出了基于该模型的间歇故障实时诊断方法，对间歇故障进行实时诊断。⑷以某直升机航向姿态系统为对象，设计并实现了具有关键部件累积损伤计算和间歇故障诊断能力的软件，开展了极端振动环境下的应力试验，并通过试验数据分析对本文所研究的间歇故障诊断方法的有效性进行了验证与应用。结果表明，本文所研究方法具有较好的间歇故障实时诊断效果。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 文献综述

1.3 论文的主要研究内容及组成

第二章 极端振动环境诱发间歇故障机理分析

2.1 极端振动环境诱发间歇故障机理分析技术路线

2.2 极端振动环境的界定

2.3 极端振动环境诱发间歇故障出现的机理与规律

2.4 极端振动环境诱发间歇故障机理仿真分析

2.5 本章小结

第三章 极端振动环境诱发间歇故障关联关系分析

3.1 极端振动环境下组件累积损伤分析

3.2 基于HMM的三态损伤关联关系模型

3.3 本章小结

第四章 基于HMM的极端振动环境间歇故障在线诊断技术

4.1 HMM的基本算法

4.2 基于累积损伤的隐马尔可夫间歇故障诊断方法

4.3 本章小结

第五章 极端振动环境间歇故障在线诊断技术验证与应用

5.1 极端振动环境试验对象简介

5.2 极端振动环境试验基本方案

5.3 极端振动环境试验台搭建

5.4 极端振动环境下间歇故障在线诊断技术应用

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 总结与结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

作者攻读硕士学位期间取得的学术成果