轮轨激励下高速动车组轮对轴承非线性振动机理与故障诊断

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11902205
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As a key component of the high-speed electric multiple unit (EMU), wheelset bearing’s operation plays an important role for its stability and safety. However, affected by the wheel-rail excitation and complex vibration transmission, it is difficult to accurately detect the incipient faults of the bearing with traditional methods. To solve this problem, a nonlinear bearing-wheelset model under typical wheel-rail excitation is firstly proposed to analysis its dynamic behavior to reveal the inherent relationship between the fault mechanism and fault feature. Then, some experiments will be conducted on two full-size wheelset bearing test benches to correct some model parameters and verify some nonlinear phenomena. At last, the dynamic model is utilized to simulate massive vibration responses of faulty bearings to train a deep convolution neural network, which can adaptively extract the weak fault features and accurately achieve qualitative/quantitative diagnosis under strong interference. The research results of this project can further deepen the significance of fault mechanism to fault diagnosis, solve the intelligent diagnosis problem with few failure samples and directly guide the design of on-board wheelset bearing monitoring system to provide supports for the running safety of high-speed EMU.
轮对轴承是走行部中的关键运动部件,对高速动车组的运行稳定性和安全性具有非常重要的影响,受复杂激励环境、振动传递路径等因素的影响,其早期微弱故障难以准确诊断。本项目拟从轮轨激励下轮对轴承的非线性振动机理出发,研究早期故障影响下的动力学特征和有效表征手段,揭示故障轮对轴承动力学行为的内在本质及特征规律;基于铁路轴承综合性能实验台和高速列车单轴滚振实验台开展系列针对性的实验研究,检验、修正动力学模型参数,验证理论分析结论;在此基础上,利用该模型模拟海量故障轮对轴承的振动响应作为训练样本,基于深度学习和仿真驱动的思想训练深度卷积神经网络,实现强干扰下轮对轴承微弱故障特征的自适应提取和早期故障的精准定性/定量诊断。本课题的研究成果可进一步深化故障机理对故障诊断的指导意义,解决小样本下的智能诊断问题,指导车载监测系统设计,保障高速动车组的运行安全。

结项摘要

轮对轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂轮轨激励的作用下极易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车安全,亟待进一步发展轮对轴承健康监测和诊断技术。针对该问题,本项目首先建立了轮对轴承-车辆系统耦合动力学模型,基于Simulink/UM联合仿真,研究了在轴承内、外圈存在局部缺陷时系统的动力学响应以及轨道不平顺、车轮不圆度对系统的振动响应的影响,并基于共振解调分析了轴箱上提取故障冲击的最佳测点位置。其次,应用铁路轴承综合性能实验台、高速列车单轴滚振实验台开展了轮对轴承的台架实验,并参与了某新型转向架的线路实验研究。这些实验结果一方面检验和修正了动力学模型中的参数,另一方面为研究轮对轴承故障诊断方法提供了数据支撑。最后,基于小波变换、解卷积等信号处理技术,提出了结合冲击性和循环平稳性的轮对轴承多目标故障特征提取方法,并针对基于深度学习的智能诊断问题,研究了网络结构优化、多源信息融合、基于边缘分布/联合分布自适应的迁移诊断等问题。项目研究成果为揭示轮轨激励下轮对轴承的故障机理、实现轮对轴承高精度的故障诊断提供了研究手段和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
一种自适应共振解调方法及其在铁路轴承故障诊断中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘文朋;杨绍普;李强;刘永强;顾晓辉
  • 通讯作者:
    顾晓辉
Adaptive correlated Kurtogram and its applications in wheelset-bearing system fault diagnosis
自适应相关峰图及其在轮对轴承系统故障诊断中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2020.107511
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    刘泽潮;杨绍普;刘永强;林建辉;顾晓辉
  • 通讯作者:
    顾晓辉
Weak fault feature extraction of rolling element bearings based on ensemble tunable Q-factor wavelet transform and non-dominated negentropy
基于集合可调Q因子小波变换和非支配负熵的滚动轴承弱故障特征提取
  • DOI:
    10.1088/1361-6501/ac4d60
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Measurement Science and Technology
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    顾晓辉;杨绍普;刘永强;刘泽潮;郝如江
  • 通讯作者:
    郝如江
A general multi-objective optimized wavelet filter and its applications in fault diagnosis of wheelset bearings
通用多目标优化小波滤波器及其在轮对轴承故障诊断中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2020.106914
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    杨绍普;顾晓辉;刘永强;郝如江;李韶华
  • 通讯作者:
    李韶华
一种增强的谱幅值调制方法及其在复杂干扰下滚动轴承故障诊断中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    振动工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘文朋;杨绍普;李强;刘永强;顾晓辉
  • 通讯作者:
    顾晓辉

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其他文献

基于轻量化神经网络 Shuffle-SENet的高速动车组轴箱轴承故障诊断方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    吉林大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓飞跃;吕浩洋;顾晓辉;郝如江
  • 通讯作者:
    郝如江
基于混沌吸引子特征量的滚动轴承故障诊断
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    石家庄铁道大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾晓辉;刘永强;杨绍普;廖英英
  • 通讯作者:
    廖英英
一种改进的峭度图方法及其在复杂干扰下轴承故障诊断中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾晓辉;杨绍普;刘永强;廖英英
  • 通讯作者:
    廖英英
表面波纹度对滚动轴承-转子系统非线性振动的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    顾晓辉;杨绍普;刘永强;廖英英
  • 通讯作者:
    廖英英
弹性波传播到声发射传感器的声压透射系数研究[J]. 振动与冲击
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建超;杨绍普;郝如江;顾晓辉
  • 通讯作者:
    顾晓辉

其他文献

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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

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          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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