機(jī)械設(shè)備的大部分失效表現(xiàn)為性能退化失效,因此需要通過(guò)科學(xué)有效的方法對(duì)設(shè)備的性能退化進(jìn)行分析與建模,揭示其發(fā)生、發(fā)展變化規(guī)律,以在恰當(dāng)時(shí)刻采取針對(duì)性的維修策略使性能退化得到控制、糾正甚至自愈。此外還需根據(jù)設(shè)備迄今為止的性能退化情況,對(duì)設(shè)備剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),為運(yùn)營(yíng)管理維護(hù)決策提供重要理論依據(jù)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法直接對(duì)設(shè)備個(gè)體在既定服役環(huán)境下的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,來(lái)獲得設(shè)備性能退化與剩余壽命的相關(guān)信息,可以更好地反映設(shè)備的實(shí)際情況。而且對(duì)于難以建立物理失效模型的大型、復(fù)雜機(jī)械設(shè)備,也可通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法對(duì)其性能退化與剩余壽命進(jìn)行研究。本論文對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備性能退化建模與剩余壽命預(yù)測(cè)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了較深入的研究,論文的研究成果不僅可以應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備,而且在橋梁結(jié)構(gòu)、輸電桿塔等也有著廣泛的應(yīng)用前景。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果有如下幾個(gè)方面：(1)提出了基于奇異值分解(Singular Value Decomposition, SVD)的信息(?)特征提取方法。針對(duì)工程實(shí)踐中的多時(shí)刻(或多工況)、多測(cè)點(diǎn)傳感器監(jiān)測(cè)問(wèn)題,本論文研究了同時(shí)集成多時(shí)刻(或多工況)與多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行融合分析的信息(?)方法,并提出了基于SVD的信息(?)特征提取方法。通過(guò)桁架結(jié)構(gòu)螺栓松動(dòng)與否的結(jié)構(gòu)響應(yīng)試驗(yàn),驗(yàn)證了信息(?)分析方法在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中的可行性。然后將基于SVD的信息(?)特征提取方法用于軸承性能退化評(píng)估,內(nèi)圈與滾動(dòng)體的性能退化試驗(yàn)研究結(jié)果表明,所提出的特征提取方法可以獲得比現(xiàn)有方法更好的評(píng)估結(jié)果。(2)提出了基于多評(píng)價(jià)指標(biāo)的性能退化特征選取方法。針對(duì)缺乏性能退化特征評(píng)價(jià)選取的問(wèn)題,本論文提出了相關(guān)性、單調(diào)性、預(yù)測(cè)性以及魯棒性等4個(gè)指標(biāo)來(lái)研究性能退化特征的評(píng)價(jià)選取,可減少當(dāng)前人為觀察的工作量以及其它不確定性。通過(guò)滾動(dòng)軸承的性能退化試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)單個(gè)軸承的性能退化特征進(jìn)行了評(píng)價(jià)選取,初步驗(yàn)證了所提指標(biāo)的有效性。進(jìn)而將這些指標(biāo)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化仿真數(shù)據(jù)的研究,對(duì)相關(guān)傳感器信號(hào)特征進(jìn)行了系統(tǒng)性的評(píng)價(jià),優(yōu)選出能更好刻畫(huà)相同失效模式下所有個(gè)體性能退化的特征。(3)提出了運(yùn)行時(shí)間歸一化的函數(shù)主元分析(Functional Principal Component Analysis, FPCA)性能退化建模方法。針對(duì)當(dāng)前性能退化建模大多為參數(shù)化建模的問(wèn)題,本論文研究了基于FPCA方法的自適應(yīng)性能退化建模方法。為使各個(gè)個(gè)體的性能退化數(shù)據(jù)更為均勻分布在相同觀察區(qū)間,減小FPCA模型參數(shù)估計(jì)誤差,提出在建模前對(duì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行歸一化處理。通過(guò)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化的仿真數(shù)據(jù),對(duì)基于FPCA的性能退化建模方法進(jìn)行了驗(yàn)證。此外,還將所提的方法進(jìn)一步用于直流散熱風(fēng)扇性能退化試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理,實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜性能退化軌跡的自適應(yīng)建模,也進(jìn)一步驗(yàn)證了建模前對(duì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行歸一化的必要性。(4)提出了基于FPCA的相似性剩余壽命預(yù)測(cè)方法。通過(guò)相似性方法進(jìn)行剩余壽命預(yù)測(cè)時(shí),重點(diǎn)在于性能退化軌跡的抽象建模以及用于相似性比較時(shí)性能退化軌跡時(shí)間范圍的確定,當(dāng)前的相關(guān)研究還不夠完善。為此,在FPCA性能退化建�；A(chǔ)上,提出了一種新的相似性剩余壽命預(yù)測(cè)方法。所提方法通過(guò)FPCA將性能退化軌跡建模為函數(shù)型數(shù)據(jù),進(jìn)而可直接根據(jù)測(cè)試個(gè)體的整個(gè)性能退化軌跡自適應(yīng)生成相同長(zhǎng)度的參考性能退化軌跡,避免了相似性比較時(shí)性能退化軌跡時(shí)間范圍的確定問(wèn)題。通過(guò)航空發(fā)動(dòng)機(jī)仿真數(shù)據(jù)與直流散熱風(fēng)扇的性能退化試驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證了所提方法的有效性。研究結(jié)果表明,所提方法可以得到較可靠、準(zhǔn)確的剩余壽命預(yù)測(cè),而且隨著測(cè)試個(gè)體狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累,剩余壽命的預(yù)測(cè)誤差不斷減小。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類(lèi)】：TH17
【部分圖文】：

時(shí)間ｔ／ｓ邐巧間ｔ／ｓ逡逑圖３－４邋３種損傷模式下節(jié)點(diǎn)１－２邋（左Pt圖）與２－２邋（右Pt圖）的加速度時(shí)程曲線：逡逑（ａ）損傷模式０；化）損傷模式１；邋（Ｃ）損傷模式２逡逑

鴨邋５１＾＾逡逑s{！，赴櫞逡逑圖３－３邋ＥＳ－巧液壓振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)逡逑表３－１試驗(yàn)?zāi)M的結(jié)構(gòu)損傷模式逡逑巧化？＊斗邐０邐Ｉ邐２逡逑損傷模式邐烱邐節(jié)點(diǎn)１－２巧栓松動(dòng)邐節(jié)點(diǎn)１－２與２－２巧栓同時(shí)松巧￣逡逑＿＿邋——逡逑�。н姡ǎ幔╁义希蛇姡诲澹慑澹蓿澹辏辏蹋椋辏叔澹剩欤殄澹辏椋蹋椋椋剩у义�？邋ｉｉｐｎｐ邋ｉｐ＾邐

本文編號(hào)：2822558