近日，蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院高端裝備精密傳動(dòng)與控制技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員師志峰副教授在復(fù)雜旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力學(xué)建模與早期故障診斷研究中取得重要進(jìn)展，連續(xù)在國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表高水平研究成果。研究成果以“Unveiling the masking effect of unbalance force on incipient bearing cracks in flexible rotor systems：dynamic modeling and physics－guided VMD－TEO diagnosis”和“A novel event－driven impact signal model for deep groove ball bearings with inner－race defects”為題分別發(fā)表在機(jī)械工程領(lǐng)域期刊《Mechanical Systems and Signal Processing》（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP，IF：8.9）和《Engineering Failure Analysis》（中國(guó)科學(xué)院二區(qū)，IF：5.7）。文章揭示了轉(zhuǎn)子不平衡力對(duì)早期軸承微弱裂紋故障的“掩蓋效應(yīng)”，并提出了針對(duì)深溝球軸承內(nèi)圈缺陷的全新事件驅(qū)動(dòng)信號(hào)建模方法。論文第一作者分別為碩士研究生張剛和李紀(jì)橋，通訊作者為師志峰副教授。該論文依托于成套裝備智能化集成技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州理工大學(xué)為第一完成單位。

研究發(fā)現(xiàn)，在軸承－轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，隨著轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心距的增大，巨大的不平衡離心力會(huì)強(qiáng)行改變系統(tǒng)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，促使系統(tǒng)響應(yīng)退化為高度規(guī)則的同步渦動(dòng)。這種狀態(tài)在宏觀(guān)位移和低頻頻譜上徹底掩蓋了早期微弱裂紋激發(fā)的非線(xiàn)性沖擊。為解決這一診斷難題，該論文提出了PG－VMD－TEO信號(hào)處理策略。該策略不再盲目依賴(lài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，而是將高保真動(dòng)力學(xué)模型輸出的無(wú)噪響應(yīng)作為“物理先驗(yàn)”，約束VMD算法的尋優(yōu)空間，有效避開(kāi)了強(qiáng)不平衡能量的干擾陷阱，最終通過(guò)Teager能量算子實(shí)現(xiàn)了微弱瞬態(tài)沖擊信號(hào)的高頻解耦與特征放大。

為彌補(bǔ)基于模型方法的物理可解釋性與高精度動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算效率不足之間的差距，團(tuán)隊(duì)提出了一種新的事件驅(qū)動(dòng)沖擊信號(hào)模型。該模型的核心創(chuàng)新在于，首次將滾動(dòng)體與內(nèi)圈缺陷相互作用過(guò)程中的三個(gè)關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)事件，即滾動(dòng)體接近、進(jìn)入和離開(kāi)缺陷表面時(shí)的應(yīng)力釋放事件、首次沖擊事件和二次沖擊事件進(jìn)行顯式建模。該方法實(shí)現(xiàn)了沖擊波形的高保真重建，能夠在無(wú)需求解復(fù)雜微分方程的計(jì)算負(fù)擔(dān)下，精確捕捉?jīng)_擊的相位與形態(tài)特征?；谶@一高精度正向模型，研究進(jìn)一步建立了故障尺寸的逆向量化評(píng)估框架。所提出的方法為軸承故障診斷提供了一個(gè)物理含義清晰、計(jì)算效率高且定量準(zhǔn)確的技術(shù)路徑，相比純粹的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型和過(guò)度簡(jiǎn)化的傳統(tǒng)沖擊模型具有顯著優(yōu)勢(shì)。（圖/文：師志峰；審核：侯運(yùn)豐）