网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

西安交通大学陈雪峰、乔百杰教授团队再推新著:机械结构动载荷稀疏识别理论与方法

0
分享至

机械结构动载荷识别对于保障装备安全运行、提升装备可靠性与智能化水平具有至关重要的意义。在实际工程中,振动问题广泛存在于航空发动机、风力发电机、高速列车和船舶平台等关键装备中,若无法准确获取动载荷,将影响结构健康监测、振动控制与寿命预测的精度,甚至引发严重事故。因此,动载荷识别技术长期以来一直是结构动力学与振动工程领域的研究热点与难点。


振动系统的两类问题

通常来说,工程中的振动问题可由系统、激励(输入)和响应(输出)三个要素来概括,如图所示。机械结构动载荷识别是振动系统动力学响应分析的逆过程,在动力学优化设计、可靠性分析、传递路径分析、振动主动控制、机械故障诊断与结构健康监测等领域中起着关键性作用。

近年来,国家层面持续加大对高端装备基础科研的支持力度。2018 年,“动载荷识别反问题”被列入《10000 个科学难题·制造科学卷》;2021 年,《机械工程学科发展战略报告(2021~2035)》将“逆动力学建模与反问题求解基础理论与方法”列为重点研究方向;2022 年,国家自然科学基金“十四五”发展规划明确将“动力学反问题中的建模与辨识、监测与诊断”列为优先发展领域;2023 年,《中国力学2035 发展战略》更是将“复杂系统及其动态载荷识别”列为关键科学问题之首。这些战略布局充分体现了动载荷识别研究在国家科技发展中的基础性与前沿性地位。

稀疏理论

稀疏理论作为近年来信号处理与反问题领域的重要突破,为动载荷识别提供了全新视角。从数学本质而言,稀疏是指信号在某种变换下非零元素极少,具备高度集中的能量分布;从工程角度理解,冲击载荷在时域上具有短暂集中特性,简谐载荷在频域上呈现线谱稀疏性——这些先验结构为稀疏正则化的引入提供了天然条件。动载荷稀疏识别方法,可形象地比喻为“于纷杂响应中捕捉载荷本质”,其核心在于利用稀疏约束从有限响应数据中高精度、稳健地重构载荷时间历程与空间分布,可谓是“以简驭繁”的数学智慧在工程反问题中的生动实践。






☜左右滑动查看更多

Slide for more photos

机械结构动载荷稀疏识别理论与方法购买

乔百杰 刘军江 王亚南 陈雪峰 著

北京: 科学出版社, 2026. 8

(航空发动机先进测试与故障诊断前沿丛书)

ISBN 978-7-03-085735-4

《机械结构动载荷稀疏识别理论与方法》系统阐述动载荷识别的基本理论、经典方法与前沿进展,重点聚焦稀疏正则化方法在动载荷识别中的原理、模型与算法。全书内容围绕“从传统正则化到稀疏表征,从凸松弛到非凸优化,从单源识别到多源联合重构”这一主线展开,构建一套较为完整的动载荷稀疏识别理论体系。既包含对频域法、时域法、函数逼近法等传统方法的梳理与评述,也深入介绍稀疏解卷积、稀疏表征、压缩感知等新兴方法,并结合作者团队多年来的研究成果,提出多种针对冲击载荷、简谐载荷等不同载荷形式的稀疏识别方法,最终通过仿真与试验验证方法的有效性与工程适用性。

本书具备以下特点:

一

系统构建了以稀疏性为核心特征的动载荷识别理论体系,不仅涵盖了经典的吉洪诺夫(Tikhonov)正则化等基本方法,而且重点阐述了稀疏解卷积、稀疏表征、压缩感知及非凸稀疏正则化等前沿理论,反映了该领域从l2范数到l1 /lp范数的范式转变,具有鲜明的时代性和前瞻性。

二

内容深度融合了作者在动载荷稀疏识别领域的系列创新成果,如提出的AGMC、FNCR、ADMM-GIT 等系列高效、高精度的非凸优化算法。这些方法在幅值保真、收敛速度与抗噪性能上显著优于传统方法,为解决复杂工程结构中的载荷识别难题提供了全新的技术工具。

三

内容组织逻辑严密,从基本概念、数学模型到算法实现,层层递进。尤为突出的是,书中所有核心方法均通过了从简单结构到大尺寸舰艇壳体、复合材料机身等一系列典型工程实例的系统验证,形成了理论驱动、数据验证、工程导向的完整闭环。

本书作者将稀疏正则化应用至载荷识别,长期以来孜孜不倦地进行这方面的研究。本书第五章提出的两类非凸稀疏正则化方法,从模型构建、优化求解到参数自适应,形成了一套完整、高效的冲击载荷识别技术体系,显著提升了在传感器稀缺、强噪声和大规模候选源条件下识别冲击载荷的能力,为复合材料结构健康监测提供了重要的理论支持与实用方案。


多源冲击载荷时-空联合稀疏正则化


复合材料层合板仿真模型描述


复合材料层合板多源冲击载荷识别试验设置


l1多冲击源载荷识别结果


复合材料风扇叶片试验台设置

本书研究工作得到了国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金特别资助及装备重大基础研究项目等的资助。

本文摘编自《机械结构动载荷稀疏识别理论与方法》(乔百杰等著. 北京: 科学出版社, 2026. 8)一书“前言”“第5 章 动载荷识别参数化非凸稀疏正则化方法”,有删减修改,标题为编者所加。

(航空发动机先进测试与故障诊断前沿丛书)

ISBN 978-7-03-085735-4

杨 丹:15502918619

汤宇晨:15667011271

本书聚焦于机械结构动载荷识别典型的动力学反问题研究,围绕测量信息有限、反问题不适定、传统方法稳定性与精度不足等核心挑战,系统构建基于稀疏正则化的识别理论与算法框架,具有重要的学术价值与工程意义。首先,本书首次从稀疏建模角度统一各类动载荷识别模型,既包括标准l1正则,也拓展至非凸正则,兼顾稀疏编码能力与求解可行性,实现动载荷识别的稀疏先验建模与求解。其次,本书系统引入结构化稀疏理论,充分利用载荷之间的物理相关性与分布特征,提升多点激励反演的精度与稳定性。最后,本书通过典型工程案例验证方法的适用性,为机械结构安全评估、健康监测及优化设计等相关研究提供可靠方法。

本书在模型创新性、算法实用性及工程落地性方面具有较高的学术价值,可作为机械工程、航空航天、力学、轨道交通等领域的高年级本科生或研究生教材,也可供科研人员和工程技术人员参考。


行星轮系动力学建模与故障诊断

航空发动机叶端定时监测方法与应用

(本文编辑:刘四旦)

专业品质 学术价值

原创好读 科学品位

一起阅读科学

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
广东两连败唯一亮点!36岁弗格打出超级外援表现,职业态度太宝贵

广东两连败唯一亮点!36岁弗格打出超级外援表现,职业态度太宝贵

林小湜体育频道
2026-10-20 22:21:45
《醉梦》评分高达9.5!豆瓣好评如潮,观众放话:“一集就沦陷”

《醉梦》评分高达9.5!豆瓣好评如潮,观众放话:“一集就沦陷”

糊咖娱评
2026-10-19 16:31:48
去一家只有25人的小公司面试,老板说我们从不加班。入职第二周我发现,全公司最贵的不是工资单,是每天六点准时熄灯的办公室

去一家只有25人的小公司面试,老板说我们从不加班。入职第二周我发现,全公司最贵的不是工资单,是每天六点准时熄灯的办公室

纯洁的微笑
2026-10-10 09:16:55
中国:11月18日禁运盾构机!印度:我买德国货!拆箱一看:广州造

中国:11月18日禁运盾构机!印度:我买德国货!拆箱一看:广州造

青青衫书生
2026-10-20 15:46:56
又一知名女演员进军直播!自曝内心很忐忑,曾是扮演女特务天花板

又一知名女演员进军直播!自曝内心很忐忑,曾是扮演女特务天花板

洲洲影视娱评
2026-10-20 15:44:37
“余生好好走”,知名央视主持人王小丫,病床上的留言字字催泪

“余生好好走”,知名央视主持人王小丫,病床上的留言字字催泪

断送一世容颜
2026-10-14 11:33:14
我决定:不交养老保险了

我决定:不交养老保险了

亮见
2026-10-20 15:11:00
陈行甲发文受聘格力技工学校名誉校长:感谢董明珠大姐,感谢格力;此前格力技工学校开学第一课,董明珠定规矩:禁止谈恋爱,头发不能太长

陈行甲发文受聘格力技工学校名誉校长:感谢董明珠大姐,感谢格力;此前格力技工学校开学第一课,董明珠定规矩:禁止谈恋爱,头发不能太长

上观新闻
2026-10-20 15:13:17
“旭日旗”事件通报第二天,他不但支持台独,还疑似公费留学?

“旭日旗”事件通报第二天,他不但支持台独,还疑似公费留学?

再战五百回合
2026-10-20 09:38:40
15万级方程豹钛6,家用方盒子太香了

15万级方程豹钛6,家用方盒子太香了

沙雕小琳琳
2026-10-20 05:17:15
U17世界杯开打,中国取得开门红!

U17世界杯开打,中国取得开门红!

五星体育
2026-10-20 02:20:45
80万大军备战,6艘航母可快速部署,面对美国挑衅中国是战是忍?

80万大军备战,6艘航母可快速部署,面对美国挑衅中国是战是忍?

遁走的两轮
2026-10-17 21:00:48
《嫁金钗》元嘉帝隐忍12年,独宠周芙,前尘旧爱让人唏嘘

《嫁金钗》元嘉帝隐忍12年,独宠周芙,前尘旧爱让人唏嘘

天玑影视说
2026-10-20 19:26:50
欧文:得知裁掉鲍威尔时我在泡澡,这让我心碎

欧文:得知裁掉鲍威尔时我在泡澡,这让我心碎

懂球帝
2026-10-20 09:43:15
上海电影家协会声明

上海电影家协会声明

极目新闻
2026-10-20 20:00:42
当好商品越来越容易买到,山姆的260元会员费还意味着什么?

当好商品越来越容易买到,山姆的260元会员费还意味着什么?

胖鲸头条
2026-10-20 19:28:19
沙特为何仍执迷不悟拒绝政治解决也门危机

沙特为何仍执迷不悟拒绝政治解决也门危机

风铃草语
2026-10-20 08:38:50
身披旭日旗中国留学生已被遣返,校方发声

身披旭日旗中国留学生已被遣返,校方发声

华商网
2026-10-20 10:11:32
北上广落榜!中国驻军密度最高的4座城,每一座都是“国门命门”

北上广落榜!中国驻军密度最高的4座城,每一座都是“国门命门”

纪史行者
2026-10-19 01:40:05
房价:不必再等了?不出意外的话,中国房价很有可能重走越南老路

房价:不必再等了?不出意外的话,中国房价很有可能重走越南老路

深度解析热点
2026-10-20 22:04:16
2026-10-20 23:47:00
科学出版社 incentive-icons
科学出版社
科学出版社官方号
6520文章数 27949关注度
往期回顾 全部

科技要闻

新版MiniMax,能和DeepSeek掰手腕吗?

头条要闻

距中国台湾110公里 日美出动6万人大举军演为历史之最

头条要闻

距中国台湾110公里 日美出动6万人大举军演为历史之最

体育要闻

巴拉克:天生亚军与漫长极夜

娱乐要闻

刘恺威承认新恋情,打球认识

财经要闻

抄底万达之后 私募大佬又对恒大下手了

汽车要闻

黑科技一次看全 2026奇瑞全球创新大会干货汇总

态度原创

数码
游戏
房产
旅游
军事航空

数码要闻

苹果:今年晚些时候将在美国组装Mac mini

IGN 7分!任天堂第一方新作评价出炉:轻松有趣

房产要闻

488亩,两大豪宅级项目爆出!清水湾,要杀回来了!

旅游要闻

双双上榜!山西两案例入选2026中国旅游产业影响力榜单

军事要闻

特朗普狠批泽连斯基"不想结束战争" 泽连斯基强硬回怼

无障碍浏览 进入关怀版