局部缺陷滚动轴承系统多事件激励振动响应机理与识别方法的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51765034
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    42.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The operating condition of rolling element bearing is very important for the precision, reliability and life of the machinery. Mechanism of the vibration response induced by rolling element bearing with local defect is key and fundamental scientific problem to accurately identify the healthy condition of the bearing. Considering the influence factors such as centrifugal force,gyroscopic moment, elastohydrodynamic lubrication and sliding etc., the nonlinear dynamics equation of roller element passing the local defect in the ring is established under the time-varying stiffness and displacement. The physical mechanism of vibration response signal inspired the local defect is investigated. The differences of contact condition in defect area during speed or overloaded variations are analyzed. The trend of informative frequency band in local damage is also studied. Combining the order tracking based on nonlinear chirplet wavelet transform, SK, and MED, the dual-impulse signal is enhanced and extracted. The new estimation method of defect size is proposed. The stress in the spalling region are analyzed under the impact load induced by rolling elements. Based on the theory of Weibull distribution and FEM dynamics, the stress, location and volume of spalling every time are determined. The model of defect evolution would be built. By EEMD, SVD and Mahalanobis-Taguchi system, the model is built to detect the incipient fault and distinguish degradation condition of bearings life. These models are revised and verified by theoretical analysis, simulation and experiment results. The research achievements in this project would provide solid foundation to establish a more reliable health management system of rolling element bearing.
滚动轴承运行状态对设备精度、可靠性和寿命都有重要影响,局部缺陷诱发的振动响应机理研究是准确地识别轴承健康状态的基础性关键科学问题。本项目拟考虑离心力、陀螺力矩、弹流润滑、滑动等影响因素,在时变刚度和时变位移下,建立滚动体通过局部缺陷时轴承系统的多事件激励的非线性动力学方程,研究局部缺陷诱发振动响应信号的物理机理,分析变速和变载荷时缺陷区域接触状态的差异,揭示缺陷损伤信息敏感频带随之变化的规律。采用非线性调频小波阶次跟踪、SK和MED等方法,增强和提取双脉冲响应信号,提出定量识别缺陷尺寸的新方法。基于Weibull分布和FEM动力学,研究在冲击载荷作用下,剥落区域等效应力、剥落位置、体积等参数,建立缺陷自然演化模型。基于EEMD、SVD和马田系统,建立识别早期故障时间点和区分性能退化阶段的模型。通过理论分析、仿真和实验对比,验证建立模型的正确性,研究成果将为建立轴承健康管理系统提供基础支撑。

结项摘要

本项目主要从正问题和逆问题两个方面研究了滚动轴承局部故障诱发振动的机理、故障识别和剩余寿命预测中关键性问题。针对局部缺陷轴承诱发的振动响应问题,分别建立了2自由度滚动轴承局部缺陷多事件模型、4自由度内/外圈单点复合故障模型、4自由度内/外圈多点复合故障模型、5自由度等温/热弹流润滑下内/外圈局部缺陷故障模型、基于能量法的轴承-转子-轴承座系统动力学模型,基于有限元法模拟滚动体经过局部缺陷时的接触应力场的变化和动态响应特性,系统地研究了各种局部缺陷轴承引起的振动响应;针对滚动轴承早期故障识别问题,提出了改进VMD-FRFT优化中心频率方法,以及回溯追踪、改进VMD和Infogram综合方方法,基于双脉冲特征的滚动轴承缺陷尺寸估计方法,提高早期故障识别精度;针对复合故障识别问题,提出了一种融合Autogram的共振解调和1.5维谱的滚动轴承复合故障诊断方法,在不分离信号的情况下,可以识别多种复合故障;针对轴承健康状态监测,构建了基于包络谱多特征的RMS-CUMSUM和 GRRMD-CUMSUM、多分数阶谱特征的MEMD-MFDFA和多域特征的CUMSUM马氏距离等状态监测指标,更容易对轴承健康状态的阶段划分,提出了基于风险评估和实时退化状态的滚动轴承剩余寿命预测方法。这些研究工作对于滚动轴承的故障诊断和预测提供了一些理论和方法,对工业设备的健康监测系统的设计具有一定的指导价值。.在本项目的资助下,项目团队在ISA Transactions、Structural Health Monitoring、IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement、Measurement Science and Technology和《振动工程学报》等国内外期刊上发表和被录用了论文17篇,其中SCI检索论文10篇,EI检索论文4篇。登记软件著作权2项。培养毕业的硕士研究生13名,在读博士研究生3名,在读硕士研究生3名。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(0)
Dynamic Modeling and Analysis of Rolling Bearing with Compound Fault on Raceway and Rolling Element
滚道和滚动体复合故障滚动轴承的动态建模与分析
  • DOI:
    10.1155/2020/8861899
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Shock and Vibration
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Xin Zhang;Changfeng Yan;Yaofeng Liu;Pengfei Yan;Yubo Wang;Lixiao Wu
  • 通讯作者:
    Lixiao Wu
Dynamic modeling of rotor-bearing-housing system with local defect on ball bearing using mass distribution and energy methods
使用质量分布和能量方法对球轴承上具有局部缺陷的转子-轴承-壳体系统进行动态建模
  • DOI:
    10.1177/14644193211003777
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yaofeng Liu;Changfeng Yan;Kai Wang;Xianghong Gao;Xin Zhang;Lixiao Wu
  • 通讯作者:
    Lixiao Wu
基于EEMD-SVD与时域分析的马田系统轴承故障诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    兰州理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    剡昌锋;王伟;王慧滨;朱涛;吴黎晓
  • 通讯作者:
    吴黎晓
Improved VMD-FRFT based on initial center frequency for early fault diagnosis of rolling element bearing
基于初始中心频率的改进VMD-FRFT滚动轴承早期故障诊断
  • DOI:
    10.1088/1361-6501/ac1613
  • 发表时间:
    2021-11-01
  • 期刊:
    MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Chen, Guangyi;Yan, Changfeng;Wu, Lixiao
  • 通讯作者:
    Wu, Lixiao
Initial fault time estimation of rolling element bearing by backtracking strategy, improved VMD and infogram
通过回溯策略、改进的 VMD 和信息图估计滚动轴承的初始故障时间
  • DOI:
    10.1007/s12206-021-0101-7
  • 发表时间:
    2021-01-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Babiker, Abdalla;Yan, Changfeng;Wu, Lixiao
  • 通讯作者:
    Wu, Lixiao

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其他文献

Fault Diagnosis Expert System of Turbine Generator Sets Based on Rule Reasoning and Case Reasoning
基于规则推理和案例推理的汽轮发电机组故障诊断专家系统
  • DOI:
    10.4028/www.scientific.net/amm.513-517.4443
  • 发表时间:
    2014-02
  • 期刊:
    Applied Mechanics and Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    剡昌锋;王慧滨;周礼龙;李志新
  • 通讯作者:
    李志新
A probability uncertainty method of fault classification for steam turbine generator set based on Bayes and Holospectrum
基于贝叶斯和全息谱的汽轮发电机组故障分类概率不确定法
  • DOI:
    10.1177/0954406215616146
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
    Journal of Mechanical Engineering Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韦尧兵;王鑫;孔园园;剡昌锋
  • 通讯作者:
    剡昌锋
MATLAB绘图窗嵌入.NET项目混合编程
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机工程与设计
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王文斌;剡昌锋;刘朝阳;张凯
  • 通讯作者:
    张凯
片层厚度对双相TiAl合金力学性能影响的纳米压痕研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘兴华;芮执元;付蓉;曹卉;文洮;剡昌锋
  • 通讯作者:
    剡昌锋
Fault Diagnostic Expert System of Rolling Element Bearing Based on CLIPS
基于CLIPS的滚动轴承故障诊断专家系统
  • DOI:
    10.12733/jics20101806
  • 发表时间:
    2013-07
  • 期刊:
    Journal of Information and Computational Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    剡昌锋;马世民;周光瑞;房建方
  • 通讯作者:
    房建方

其他文献

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剡昌锋的其他基金

基于全周期征兆特性的滚动轴承系统复合故障诊断方法研究
  • 批准号:
    52365011
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
多尺度时频分析汽轮发电机组机械系统故障预测的方法
  • 批准号:
    51165018
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    51.0 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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