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科研动态

恭喜我院冯志鹏教授获得高等学校科学研究优秀成果奖自然科学二等奖

3月26日,教育部发布2020年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)获奖名单,我院冯志鹏教授主持完成的项目“旋转机械信号多源耦合调制特征的机理分析与溯源理论”获得自然科学二等奖。

旋转机械是航空航天、能源动力等国家战略领域的核心装备,服役工况严苛多变,一旦发生事故,后果严重。信号分析是准确辨识动力学特性、监测健康状态、实现故障溯源的必要途径,对保障装备服役安全举足轻重。旋转机械工况多变,影响因素复杂,动力学响应普遍具有多源耦合调制特点,导致信号分析面临严峻挑战,要求信号产生机理明晰、特征规律准确、分析方法有效,三者相辅相成。

项目结合国家战略需求,针对旋转机械健康监测和故障溯源中的关键科学问题,考虑机械、电气、流体等多因素耦合以及服役工况时变特点,经过系统深入研究,提出了信号解析建模策略,发现了旋转机械信号多源耦合调制机理规律;建立了自适应迭代时变解调分析理论,突破了不确定性原理的分辨率瓶颈;揭示了复杂形态信号“异病同症”的本质机理,提出了复合波形库原子分解的破解方法。研究成果在数学、力学、机械、电气、电子、生物医学、海洋等多个学科领域引起了重要反响,得到了国际数学联合会前主席、小波理论主要创始人、美国科学院Ingrid Daubechies院士等中美英加7位院士,机械故障诊断领域国际权威Robert B. Randall教授、美国波音公司高级研究员Al Salour博士和14位IEEE/ASME Fellow等学者的引用和积极评价,获Renewable Energy期刊(SCI IF6.274)最佳论文奖,解决了×运载火箭、×航天器与×舰船动力装置力学环境分析与故障溯源等关键难题,推广应用于风电机组监测诊断,中国运载火箭技术研究院肯定成果“对保障长征五号复飞成功做出了重要贡献”。

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1 信号解析建模准确揭示了行星齿轮系统故障振动信号Fourier频谱特点:多源耦合调幅-调频的频率密集分布,频谱边带非对称,最高峰值不对应啮合(载波)频率

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2 迭代时变解调分辨率高(熵值低),无干扰和混淆,性能优于传统时频分析方法,准确揭示了多源耦合时变调制信号的时频特征: (a) Morlet小波变换; (b) Wigner-Ville分布; (c) EMD分解; (d) 迭代时变解调

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3 齿轮传动故障现场实测信号分析: (a) Morlet小波变换只提取了啮合频率,未能识别故障周期性冲击特征; (b)原子分解同步辨识并有效识别了啮合频率和故障周期性冲击特征



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冯志鹏教授团队长期从事机电装备动力学与健康监控研究,现有中青年教师3人,博士硕士研究生20余人。近年来,主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目7项,对叶轮机械、轴承、行星齿轮传动和电机的系统动力学机理,振动、声音、电机电流、旋转编码等机电信号特征规律,以及复杂非平稳信号分析方法进行了系统深入研究。在Mechanical Systems and Signal Processing、Journal of Sound and Vibration、IEEE等期刊上发表论文50余篇,SCI他引1500余次,出版学术专著3部。研究成果在运载火箭异常振动溯源、航天器力学环境分析、舰船和装甲车辆动力传动系统以及风电和水电机组监测诊断等领域发挥了积极作用。

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4 团队合影


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