【摘要】：空間滾動軸承高可靠與長壽命研究，是支撐高可靠、長壽命空間飛行器發(fā)展的基礎(chǔ)保障性研究內(nèi)容之一，而空間滾動軸承壽命評估和預(yù)測是空間滾動軸承高可靠與長壽命研究的重要內(nèi)容。空間滾動軸承要承受低溫和交變溫度、高能粒子輻照、原子氧侵蝕、碎片撞擊及微塵沖刷等極端環(huán)境的綜合作用，其失效行為和機(jī)理與地面常規(guī)環(huán)境有很大差異，尚缺乏深入的規(guī)律性認(rèn)識。目前只能通過地面模擬空間環(huán)境開展加速壽命試驗(yàn)，獲取失效數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間滾動軸承壽命評估和預(yù)測研究。由于空間滾動軸承摩擦力矩不能有效反映其壽命特征，論文選用包涵空間滾動軸承壽命特征信息豐富的振動信號為研究對象，通過研究空間滾動軸承精度失效導(dǎo)致性能退化的激振機(jī)理，揭示空間滾動軸承振動特征隨退化趨勢的演變規(guī)律；通過對空間滾動軸承振動信號的處理，提取空間滾動軸承衰退性能指標(biāo)；通過構(gòu)建人工智能模型，實(shí)現(xiàn)空間滾動軸承壽命預(yù)測。對于指導(dǎo)空間滾動軸承的設(shè)計與制造、建立使用壽命的評估準(zhǔn)則、提高后續(xù)空間飛行器的在軌壽命和使用性能都具有重要的意義。論文主要的研究內(nèi)容如下： ①針對極端環(huán)境下空間滾動軸承失效機(jī)理復(fù)雜、失效特征難以表征的問題，研究空間滾動軸承精度失效導(dǎo)致性能退化的激振機(jī)理，建立空間滾動軸承振動信號和退化性能之間的聯(lián)系，揭示空間滾動軸承振動特征隨退化趨勢的演變規(guī)律，為后期通過空間滾動軸承振動數(shù)據(jù)預(yù)測軸承的退化趨勢和剩余壽命奠定了理論基礎(chǔ)。 ②針對地面模擬空間環(huán)境實(shí)驗(yàn)中空間滾動軸承振動信號背景噪聲較為嚴(yán)重的問題，研究利用盲源分離算法進(jìn)行背景噪聲消除的濾波方法。分析地面模擬空間環(huán)境通過加速壽命試驗(yàn)采集到的軸承振動信號的背景噪聲成分及其特征，研究背景噪聲虛擬信號的構(gòu)建方法，構(gòu)建盲源分離模型消除背景噪聲。應(yīng)用結(jié)果表明在不影響有效特征信息的情況下能夠有效剔除背景噪聲的干擾。實(shí)現(xiàn)了以50Hz及其倍頻成分的噪聲信息的消除。 ③針對空間滾動軸承壽命退化趨勢指標(biāo)難以構(gòu)建的問題，研究基于空間特征信息加權(quán)融合的衰退性能指標(biāo)構(gòu)建方法。研究時域、頻域和時頻域的特征信息的提取方法，探索這些多維特征信息的空間分布，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)空間映射及加權(quán)融合的特征指標(biāo)，研究結(jié)果表明所建立的衰退性能指標(biāo)能夠較好地反映軸承的退化趨勢。從而實(shí)現(xiàn)了基于第一主分量的衰退性能指標(biāo)的建立。 ④針對傳統(tǒng)的壽命預(yù)測方法不能有效預(yù)測空間滾動軸承壽命的問題，研究基于優(yōu)化支持向量機(jī)的空間滾動軸承壽命預(yù)測方法。采用相空間重構(gòu)進(jìn)行支持向量機(jī)輸入?yún)?shù)的選取，利用粒子群算法進(jìn)行支持向量機(jī)內(nèi)部參數(shù)優(yōu)化，建立基于優(yōu)化參數(shù)的退化趨勢預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)空間滾動軸承退化趨勢和剩余壽命的準(zhǔn)確預(yù)測，通過不同方法的對比表明本文所提的方法的預(yù)測效果優(yōu)于相關(guān)文獻(xiàn)的預(yù)測效果。 ⑤研發(fā)空間滾動軸承性能退化趨勢預(yù)測模塊、剩余壽命預(yù)測模塊、人機(jī)交互等功能模塊，實(shí)現(xiàn)空間滾動軸承壽命預(yù)測的功能。 文章最后對本文的工作進(jìn)行總結(jié)，并展望下一步的研究方向。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH133.33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2771499