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    恭喜我院馮志鵬教授獲得高等學??茖W研究優秀成果獎自然科學二等獎

    3月26日,教育部發布2020年度高等學??茖W研究優秀成果獎(科學技術)獲獎名單,我院馮志鵬教授主持完成的項目“旋轉機械信號多源耦合調制特征的機理分析與溯源理論”獲得自然科學二等獎。

    旋轉機械是航空航天、能源動力等國家戰略領域的核心裝備,服役工況嚴苛多變,一旦發生事故,后果嚴重。信號分析是準確辨識動力學特性、監測健康狀態、實現故障溯源的必要途徑,對保障裝備服役安全舉足輕重。旋轉機械工況多變,影響因素復雜,動力學響應普遍具有多源耦合調制特點,導致信號分析面臨嚴峻挑戰,要求信號產生機理明晰、特征規律準確、分析方法有效,三者相輔相成。

    項目結合國家戰略需求,針對旋轉機械健康監測和故障溯源中的關鍵科學問題,考慮機械、電氣、流體等多因素耦合以及服役工況時變特點,經過系統深入研究,提出了信號解析建模策略,發現了旋轉機械信號多源耦合調制機理規律;建立了自適應迭代時變解調分析理論,突破了不確定性原理的分辨率瓶頸;揭示了復雜形態信號“異病同癥”的本質機理,提出了復合波形庫原子分解的破解方法。研究成果在數學、力學、機械、電氣、電子、生物醫學、海洋等多個學科領域引起了重要反響,得到了國際數學聯合會前主席、小波理論主要創始人、美國科學院Ingrid Daubechies院士等中美英加7位院士,機械故障診斷領域國際權威Robert B. Randall教授、美國波音公司高級研究員Al Salour博士和14位IEEE/ASME Fellow等學者的引用和積極評價,獲Renewable Energy期刊(SCI IF6.274)最佳論文獎,解決了×運載火箭、×航天器與×艦船動力裝置力學環境分析與故障溯源等關鍵難題,推廣應用于風電機組監測診斷,中國運載火箭技術研究院肯定成果“對保障長征五號復飛成功做出了重要貢獻”。

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    1 信號解析建模準確揭示了行星齒輪系統故障振動信號Fourier頻譜特點:多源耦合調幅-調頻的頻率密集分布,頻譜邊帶非對稱,最高峰值不對應嚙合(載波)頻率

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    2 迭代時變解調分辨率高(熵值低),無干擾和混淆,性能優于傳統時頻分析方法,準確揭示了多源耦合時變調制信號的時頻特征: (a) Morlet小波變換; (b) Wigner-Ville分布; (c) EMD分解; (d) 迭代時變解調

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    3 齒輪傳動故障現場實測信號分析: (a) Morlet小波變換只提取了嚙合頻率,未能識別故障周期性沖擊特征; (b)原子分解同步辨識并有效識別了嚙合頻率和故障周期性沖擊特征



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    馮志鵬教授團隊長期從事機電裝備動力學與健康監控研究,現有中青年教師3人,博士碩士研究生20余人。近年來,主持國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目7項,對葉輪機械、軸承、行星齒輪傳動和電機的系統動力學機理,振動、聲音、電機電流、旋轉編碼等機電信號特征規律,以及復雜非平穩信號分析方法進行了系統深入研究。在Mechanical Systems and Signal Processing、Journal of Sound and Vibration、IEEE等期刊上發表論文50余篇,SCI他引1500余次,出版學術專著3部。研究成果在運載火箭異常振動溯源、航天器力學環境分析、艦船和裝甲車輛動力傳動系統以及風電和水電機組監測診斷等領域發揮了積極作用。

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    4 團隊合影


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