隨機穩定性理論在磨合過程研究中的套用

《隨機穩定性理論在磨合過程研究中的套用》是依託中國礦業大學，由楊建華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：隨機穩定性理論在磨合過程研究中的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊建華
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

本項目通過研究磨合過程中摩擦振動信號的隨機穩定性問題，實現對磨合過程的定量描述。基於隨機動力學理論體系分析採集到的多個實驗樣本，通過計算最大Lyapunov指數、矩Lyapunov指數、平穩機率密度函式等動力學指標，確定磨合過程的摩擦學行為。最大Lyapunov指數是系統機率1穩定性及發生D分岔的判別指標，利用它來界定磨合過程的不同磨損階段。平穩機率密度函式用於定量描述摩擦學信息的統計分布，是判別系統發生P分岔的理論依據，利用P分岔研究磨合過程出現臨界穩定性的原因。D分岔和P分岔的依次出現意味著隨機Hopf分岔的發生，即在磨合過程中產生了自激振動。對處於同一磨損階段的不同實驗樣本，引入矩Lyapunov指數定量研究磨合系統運行的動態平穩性能。穩定指標越大，動態平穩性能越好，磨損程度越輕。通過磨合過程隨機穩定性的研究確定系統運行的最佳工況參數，實現最友好的摩擦環境。

結題摘要

摩擦學系統是典型的非線性系統，系統結構參數、摩擦係數、表面粗糙度、分形維數等都表現出強非線性特徵。本項目基於非線性動力學理論，研究了摩擦學系統的動力學演化行為。在理論研究方面，探討了微弱特徵信息的提取方法，充分考慮了噪聲、時滯、分數階阻尼、摩擦工況等因素對特徵信息提取的影響規律。基於非線性回響理論，不僅研究了主頻特徵信號，還研究了系統回響中次諧特徵信號、超諧特徵信號的提取方法。通過對含噪混合信號激勵下典型非線性系統的回響特性分析，研究了系統的分岔與動力學穩定性問題，得出了噪聲、時滯、阻尼等因素對隨機P分岔、Hopf分岔、叉形分岔、鞍結分岔、安全盆分岔等動力學現象的影響規律。在實驗研究方面，通過最大Lyapunov指數、關聯維數等常用指標刻畫了工件在整個摩擦學過程的不同階段及對應的動力學演化過程。通過對機加工表面的特性研究，給出了一種計算摩擦學系統表面分形維數的新方法，提高了計算精度。基於不同的工況，即不同硬度的材料和不同的機加工條件，研究了機加工表面的粗糙度、分形維數等度量指標與材料特性和加工工況之間的依賴關係，並給出了定性和定量描述。在不同的工況下，重點研究了織構表面粗糙度對摩擦係數的影響規律。作為擴展研究，本項目成功研製了用於摩擦、磨損以及故障診斷的軸承動力學研究專用實驗台。對於由摩擦、磨損等因素引起的機械設備破壞，發明了基於周期勢系統提取齒輪和軸承磨損等故障特徵的動力學方法，發明了自爬升式大型風電維護起重平台及維護方法，發明了風力機傳動系統故障診斷新型綜合實驗平台，發明了大型振動篩橡膠彈簧的簡易更換方法。本項目的研究成果，對於摩擦系統動力學演化過程的研究提供了一定參考價值，並為進一步的深入研究摩擦和磨損提供了更好的硬體基礎。