故障诊断的数学力学基础

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出版者:冶金工业出版社
作者:
出品人:
页数:293
译者:
出版时间:1991-01
价格:6.30
装帧:平装
isbn号码:9787502407551
丛书系列:
图书标签:
  • 数学力学
  • 故障诊断
  • 机械工程
  • 振动分析
  • 模型建立
  • 状态监测
  • 系统识别
  • 参数估计
  • 可靠性分析
  • 工程应用
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具体描述

内 容 简 介

本书是《机械故障诊断丛书》之十。本书为机械故障

诊断技术提供数学和力学的基本知识,着重介绍新的较深

人的数学、力学的原理、概念和方法。供从事设备管理和

维修的工程技术人员阅读并可作大专院校有关专业的参考

书。

《工程系统故障分析与预测》 本书深入探讨了现代工程系统在运行过程中可能遇到的各类故障现象,并从根本上揭示了这些故障产生的机制。全书围绕着对复杂工程系统进行有效故障诊断与预测的核心需求展开,旨在为工程师、科研人员及相关领域的学生提供一套严谨、系统且实用的理论框架与方法指导。 核心内容概述: 本书不对任何具体的工业设备或系统进行详细的故障案例分析,而是侧重于构建通用的分析模型和诊断方法。主要内容可分为以下几个部分: 第一部分:工程系统的行为建模与异常识别 系统动力学基础: 详细阐述了描述工程系统状态演变的关键动力学方程,包括但不限于常微分方程、偏微分方程以及离散时间模型。重点关注如何建立能够准确反映系统正常工作状态的行为模型。 参数辨识与模型验证: 介绍了一系列用于从实际观测数据中辨识系统模型参数的技术,如最小二乘法、最大似然估计等。同时,强调了模型在不同工况下的有效性验证方法,确保模型能够代表系统的真实行为。 异常检测原理: 在建立系统正常模型的基础上,本书详细介绍了多种异常检测的理论方法。这些方法包括基于统计的方法(如卡尔曼滤波、主成分分析)、基于模型的方法(如残差分析、状态估计)以及基于数据驱动的方法(如神经网络、支持向量机)。旨在识别系统运行过程中偏离正常行为的“异常”迹象。 第二部分:故障的数学描述与特征提取 故障模型构建: 本部分重点研究如何将实际的故障现象(如传感器漂移、执行器性能下降、连接松动等)转化为数学模型。这包括对故障的类型(如加性故障、乘性故障、参数退化)进行分类,并建立描述其对系统状态影响的数学表达式。 故障特征工程: 探讨了从原始测量数据中提取能够有效表征故障特征的技术。这包括时域特征(如均值、方差、峰度)、频域特征(如频谱分析、小波变换)以及时频域特征。强调特征的鲁棒性、可区分性以及对故障的敏感性。 故障的定性与定量描述: 阐述了如何利用提取的特征来定性判断故障的存在与类型,以及如何进一步定量评估故障的严重程度或故障参数。 第三部分:故障诊断的推理与决策 故障诊断方法论: 系统性地介绍了几种主要的故障诊断方法,包括: 基于模型的诊断: 利用系统模型和观测数据,通过比较实际输出与模型预测输出的差异(残差)来推断故障。 基于数据驱动的诊断: 利用历史故障数据和模式识别技术,建立故障与特征之间的映射关系。 基于人工智能的诊断: 探讨了使用机器学习和深度学习技术,如神经网络、决策树、模糊逻辑等,来实现自动化和智能化的故障诊断。 诊断策略与算法: 详细介绍了实现故障诊断的具体算法,例如状态观测器设计、残差生成与检验、故障判别树、模式分类器等。 诊断的置信度与不确定性分析: 讨论了如何评估诊断结果的可靠性,以及如何量化诊断过程中的不确定性。 第四部分:故障预测与剩余寿命评估 退化建模与预测: 关注系统部件或性能参数的渐进式退化过程,并建立相应的退化模型(如指数模型、威布尔模型、高斯过程模型)。利用历史退化数据预测未来退化趋势。 故障发生时间预测: 基于退化模型和设定的性能阈值,预测系统发生特定故障的时间点。 剩余寿命(RUL)评估: 发展和应用各种方法来估计系统或部件在失效前还能正常运行的时间。这对于维护计划的制定和资源优化至关重要。 预测性维护策略: 结合故障预测与剩余寿命评估结果,探讨如何制定更有效的预测性维护计划,以降低维护成本,提高系统可用性,并避免灾难性故障。 本书特色: 理论性与普适性: 本书提供的是一套通用的数学框架和方法,适用于各类工程系统,而不仅仅局限于特定领域。 系统性与逻辑性: 内容组织严谨,从系统建模到故障诊断与预测,层层递进,逻辑清晰。 方法多样性: 涵盖了从经典统计方法到现代机器学习方法的多种诊断与预测技术。 侧重于“为什么”和“如何做”: 深入剖析故障发生的内在机理,并提供可操作的数学工具和算法。 本书适合于从事机械、航空航天、汽车、电力、化工等领域的研究人员、工程师,以及对工程系统故障诊断与预测感兴趣的在校学生。通过阅读本书,读者将能够构建更精确的系统模型,开发更有效的故障检测与诊断算法,并为实现预测性维护奠定坚实的理论基础。

作者简介

目录信息

目录
1积分变换
1.1傅里叶变换
1.1.1傅里叶变换对
1.1.2傅里叶变换的实部和虚部
1.1.3傅里叶变换的性质
1.2拉普拉斯变换
1.2.1拉普拉斯变换对
1.2.2拉普拉斯变换存在的条件
1.2.3拉普拉斯变换的性质
1.2.4拉普拉斯变换和傅里叶变换的关系
1.2.5拉普拉斯变换对表
1.3Z变换
1.3.1Z变换的定义
1.3.2Z变换的性质
1.3.3典型Z变换对
2概率统计及随机过程
2.1概率论的一些基本知识
2.1.1随机事件与样本空间
2.1.2事件的关系和运算
2.1.3频率与概率
2.1.4条件概率
2.2随机变量
2.3概率函数、概率分布函数、概率密度函数
2.3.1离散型随机变量的概率函数
2.3.2连续型随机变量的概率分布函数
2.3.3概率密度函数
2.3.4随机变量的函数的概率密度函数
2.3.5正态分布
2.4数学期望
2.4.1离散的随机变量的均值
2.4.2连续的随机变量的均值
2.4.3随机变量的函数Y=f(X)的均值
2.4.4常数的均值
2.5方差、均方值
2.5.1偏离估计
2.5.2几种重要的随机变量的均值和方差
2.6物理意义和矩
2.7二维随机变量及其分布
2.7.1概率分布函数
2.7.2二维概率密度函数
2.8随机过程
2.8.1随机过程的概率密度函数及概率分布函数
2.8.2随机过程的数字特征
2.8.3平稳随机过程
2.9相关函数
2.9.1自相关函数
2.9.2自协方差函数
2.9.3自相关系数
2.9.4互相关函数
2.9.5互协方差函数
2.9.6协方差矩阵
2.10功率谱密度函数
2.10.1自功率谱密度函数
2.10.2过程导数的自谱
2.10.3互功率谱密度函数
2.10.4相干系数(函数)
2.11大数定律和中心极限定理
2.11.1大数定律
2.11.2中心极限定理
3数值计算
3.1函数的插值方法与逼近方法
3.1.1插值问题
3.1.2函数逼近
3.2数值积分与数值微分
3.2.1数值积分
3.2.2牛顿-柯特斯公式
3.2.3龙贝格算法
3.2.4数值微分
3.3方程的求根
3.3.1二分法
3.3.2迭代法
3.3.3牛顿迭代法
3.3.4弦截法
3.4线性方程组的求解
3.4.1直接法与矩阵的初等变换
3.4.2矩阵的三角分解
3.4.3向量和矩阵的范数
3.4.4线性方程组的性态与误差分析
3.4.5迭代方法
3.4.6逐次超松弛迭代法
3.5矩阵特征值问题的数值解法
3.5.1乘幂法
3.5.2反幂法
4运筹学
4.1数学规划与优化设计
4.1.1基本概念
4.1.2单纯形法
4.2动态规划
4.2.1动态规划的基本概念
4.2.2设备更新问题
4.3决策论
4.3.1决策结构
4.3.2决策过程
4.3.3决策中的几个问题
4.4模型论
4.4.1引言
4.4.2建立模型的方法
5刚体力学
5.1静力学的基本概念和公理
5.1.1基本概念
5.1.2静力学公理
5.1.3约束和约束反力
5.1.4摩擦
5.1.5力的投影和力矩
5.1.6力偶
5.1.7力系的合成结果和平衡方程
5.1.8举例
5.2运动学
5.2.1点的运动方程、速度和加速度
5.2.2点的合成运动
5.2.3应用点的合成运动求解问题的步骤
5.2.4刚体的基本运动
5.2.5刚体的平面运动
5.3动力学
5.3.1动力学基本定律及微分方程
5.3.2动力学普遍定理
5.3.3非自由质点动力学系的研究方法
5.3.4虚位移原理
5.3.5动力学普遍方程和拉格朗日方程
6固体力学
6.1基本概念与材料力学性质
6.1.1基本概念
6.1.2应力与应变
6.1.3材料力学性质
6.2应力状态分析、强度理论
6.2.1应力状态概念
6.2.2平面应力状态下的应力计算
6.2.3三向应力状态
6.2.4广义胡克定律
6.2.5强度理论
6.3构件强度、刚度计算
6.3.1轴向拉压问题
6.3.2剪切问题
6.3.3扭转问题
6.3.4弯曲应力
6.3.5弯曲变形
6.3.6不对称截面梁的弯曲
6.3.7组合变形
6.4压杆稳定
6.4.1压杆稳定概念
6.4.2压杆临界力欧拉公式
6.4.3临界应力图
6.4.4压杆稳定校核
6.5弹性力学基本方程
6.5.1概论
6.5.2空间问题的基本方程
6.5.3平面问题的基本方程
6.5.4轴对称问题的基本方程
6.5.5球对称问题的基本方程
7有限单元法
7.1概述
7.2有限单元法基本概念及分析过程
7.2.1结构的离散化
7.2.2选择位移模式
7.2.3单元力学特性分析
7.2.4建立整体结构平衡方程
7.2.5系统载荷与约束条件的处理
7.2.6求解结点位移和单元应力
7.3平面问题的单元分析
7.3.1平面问题的离散化
7.3.2单元位移模式
7.3.3单元应变
7.3.4单元应力
7.3.5单元刚度矩阵及刚度方程
7.4平面问题的整体分析
7.4.1整体刚度矩阵与平衡方程
7.4.2整体载荷列阵的形成
7.4.3边界条件处理
7.4.4应力计算结果的处理
7.4.5热应力计算
7.4.6解题实施步骤及简例
7.5空间问题
7.5.1四面体的划分法
7.5.2四面体常应变单元分析
7.5.3整体结构分析
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我是一名对跨学科知识融合充满热情的研究者,总是在寻找能够连接不同学术领域,并激发新思维的桥梁。《故障诊断的数学力学基础》这个书名,恰好展现了数学、力学和工程诊断这三个重要领域之间的紧密联系。我猜想,这本书很可能不仅仅是分别阐述这三个领域的内容,而是会着重于它们之间的交叉融合。我期待书中能够深入探讨,如何运用严谨的数学框架来构建描述复杂力学行为的模型,并进一步如何利用这些模型来开发有效的故障诊断策略。我特别想知道,书中是否会介绍一些前沿的数学技术,例如数值方法、优化理论、概率统计模型等,是如何被应用来解决实际的故障诊断问题的。我推测,本书可能会涵盖一些案例研究,展示如何在设计阶段就考虑故障诊断的需求,以及如何在运行过程中通过实时监测和分析,预测潜在的故障并采取预防措施。我期望这本书能够为我提供一个全新的视角,理解如何将抽象的数学工具转化为解决实际工程挑战的利器,并为我的跨学科研究提供宝贵的启示。

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我是一名对技术细节有极致追求的爱好者,总是在寻找能够让我深入了解事物运作原理的读物。这本书的书名,"故障诊断的数学力学基础",听起来就充满了挑战性和深度,正是我所钟爱的类型。我猜测,它不会满足于表面的故障现象描述,而是会像剥洋葱一样,一层层地揭示故障发生的内在机理。我期待书中能够细致地讲解,当一个机械结构或系统出现问题时,其材料内部到底发生了什么变化?是微观裂纹的萌生和扩展,还是宏观变形的累积?而这些物理过程,又如何通过数学模型来精确地描述?我尤其好奇,书中是否会涉及一些前沿的数学方法,比如混沌理论、分形几何,或者统计物理学的概念,来解释那些看似随机、难以预测的故障行为。我希望能看到书中能够深入到材料的微观层面,探讨原子、分子层面的相互作用如何最终导致宏观的失效,并通过数学公式来量化这些过程。这本书的出现,让我看到了将抽象的数学理论与具体的工程实践联系起来的可能,这是一种令人兴奋的探索。

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作为一名工程领域的从业者,我常常在工作中遇到一些棘手的问题,那些突如其来的设备故障,往往让团队陷入短暂的恐慌和茫然。我一直渴望找到一本能够系统性地梳理这些故障根源的书籍,而《故障诊断的数学力学基础》这个书名,正好契合了我的需求。我猜测这本书很可能会从力学角度出发,详细讲解材料在承受各种载荷、环境条件以及长期使用过程中所发生的物理变化,比如塑性变形、脆性断裂、疲劳累积等。更重要的是,我非常期待书中如何将这些力学现象与诊断过程相结合。我设想,书中可能不仅仅是描述这些物理过程,还会深入探讨如何通过各种传感器采集到的数据(例如振动信号、温度变化、应变读数等),运用先进的数学分析方法(如信号处理、模式识别、机器学习等)来解读这些数据,从而精准地定位故障的发生部位和原因。我特别希望能看到一些关于非线性力学在故障诊断中应用的章节,因为现实世界中的许多故障都伴随着非线性的行为,这使得诊断过程更加复杂和具有挑战性。如果书中能够提供一些具体的算法和实现思路,那就更完美了,这将对我解决实际工程问题提供极大的帮助。

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最近我对科学发展史产生了浓厚的兴趣,特别是那些奠定了现代工程学基础的理论。当我看到《故障诊断的数学力学基础》这个书名时,我脑海中立即浮现出那些伟大的科学家和工程师,他们如何用数学的语言来理解和描述物质世界的运行规律。我好奇这本书是否会追溯故障诊断理论的发展脉络,从早期基于经验的判断,逐步演进到如今高度依赖数学和力学模型的精密诊断。我推测,书中很可能会介绍一些历史上重要的力学理论,比如弹性力学、塑性力学、断裂力学等,并阐述它们在故障诊断领域的贡献。我也希望能够了解到,数学工具是如何帮助科学家们将抽象的力学概念转化为可量化的指标,从而实现对机械系统健康状况的客观评估。我猜想,书中可能会探讨一些经典的故障诊断方法,比如模态分析、故障树分析、有限元分析等,并详细解析它们背后的数学原理和应用场景。我非常期待能够通过这本书,更深刻地理解科学研究是如何从基础理论走向实际应用的,以及数学和力学在保障工程安全方面所扮演的关键角色。

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这本书的封面设计极具吸引力,深邃的蓝色背景搭配简洁有力的书名,立刻勾起了我对知识探索的强烈欲望。我一直对科学和工程领域中那些看不见的“故障”现象充满了好奇,而“数学力学基础”这几个字,则预示着它将深入探讨这些故障背后的深层原理。我尤其期待书中是否会阐述如何利用严谨的数学模型来描述复杂的力学行为,以及这些模型在实际故障诊断中是如何被应用和验证的。我猜想,这本书可能会从最基本的力学概念入手,逐步引入各种数学工具,例如微分方程、线性代数、傅里叶分析等,来解析材料的应力、应变、振动、损伤等关键因素。我非常想知道,书中是否会提供一些经典的故障案例分析,比如桥梁的断裂、飞机的疲劳损伤,或者复杂机械设备的失效,并详细展示如何运用书中的数学力学理论来诊断这些故障的根本原因。这本书的厚度也让我感到欣慰,这通常意味着内容会比较充实,能够提供深入的见解,而不仅仅是泛泛而谈。我希望它能帮助我建立起一种系统性的、基于科学原理的故障分析思维,而不仅仅是停留在表面现象的判断。

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