个人简介 - 陈 雪峰

陈雪峰





联系方式
所在系所：陕西省装备运行安全与智能监控工程实验室
机械制造系统工程国家重点实验室
邮 编：710049
电 话：
邮 箱：chenxf@mail.xjtu.edu.cn
办公地址：西安交大兴庆校区西二楼
西安交大曲江校区西5楼




站点计数器




基本信息
陈雪峰，男，1975年5月生，四川阆中人，博士，教授，博士生导师。2004年获西安交通大学工学博士学位，2009年破格晋升教授。曾获陕西省优秀毕业生、陕西省优秀共产党员、陕西省和西安交通大学优秀博士论文，以及2007年全国百篇优秀博士论文。兼任国务院学位委员会第五届机械工程学科组秘书。获得2008年教育部技术发明一等奖、2009年国家技术发明二等奖（第二完成人）、2015年教育部技术发明一等奖和2012年霍英东青年教师一等奖。入选教育部2008年新世纪人才计划，2012年获得国家****科学基金资助，2015年作为首席科学家获批973项目一项。




研究领域
目前主要研究机械结构设计与动态分析、机械故障诊断与健康管理、重大机械装备主动控制等。主持973、863项目各1项，1项全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目，1项霍英东青年教师基金项目，“第二代小波有限元理论与转子裂纹定量识别的研究”与“航空发动机转子剩余寿命预测方法研究”等4项国家自然科学基金，1项陕西省自然科学基础研究计划，以及多项企业合作课题。参加国家973计划项目“数字化制造基础研究”、国家自然科学基金重点项目、高档数控机床重大专项等课题的研究工作。
作为主要作者发表SCI论文80余篇。获准1项中国科学院出版基金资助项目，出版专著2本《小波有限元理论及其工程应用》、《风电装备振动监测与诊断》；出版教材2本《有限元方法及其工程案例》、《工程有限元与数值计算》。




招生信息
招收研究生：“080200 机械工程”专业，学术型硕博，研究方向：深度学习与智能制造、重大装备振动主动控制、航空发动机先进传感与健康管理；专业型硕博，研究方向：高端智能装备与系统。
合作招生导师：李应红院士，研究方向包括“航空发动机先进控制”等；王华明院士，研究方向“激光强化与抗疲劳制造”。

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个人简介 - 陈 雪峰

陈雪峰





联系方式
所在系所：陕西省装备运行安全与智能监控工程实验室
机械制造系统工程国家重点实验室
邮 编：710049
电 话：
邮 箱：chenxf@mail.xjtu.edu.cn
办公地址：西安交大兴庆校区西二楼
西安交大曲江校区西5楼




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基本信息
陈雪峰，男，1975年5月生，四川阆中人，博士，教授，博士生导师。2004年获西安交通大学工学博士学位，2009年破格晋升教授。曾获陕西省优秀毕业生、陕西省优秀共产党员、陕西省和西安交通大学优秀博士论文，以及2007年全国百篇优秀博士论文。兼任国务院学位委员会第五届机械工程学科组秘书。获得2008年教育部技术发明一等奖、2009年国家技术发明二等奖（第二完成人）、2015年教育部技术发明一等奖和2012年霍英东青年教师一等奖。入选教育部2008年新世纪人才计划，2012年获得国家****科学基金资助，2015年作为首席科学家获批973项目一项。




研究领域
目前主要研究机械结构设计与动态分析、机械故障诊断与健康管理、重大机械装备主动控制等。主持973、863项目各1项，1项全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目，1项霍英东青年教师基金项目，“第二代小波有限元理论与转子裂纹定量识别的研究”与“航空发动机转子剩余寿命预测方法研究”等4项国家自然科学基金，1项陕西省自然科学基础研究计划，以及多项企业合作课题。参加国家973计划项目“数字化制造基础研究”、国家自然科学基金重点项目、高档数控机床重大专项等课题的研究工作。
作为主要作者发表SCI论文80余篇。获准1项中国科学院出版基金资助项目，出版专著2本《小波有限元理论及其工程应用》、《风电装备振动监测与诊断》；出版教材2本《有限元方法及其工程案例》、《工程有限元与数值计算》。




招生信息
招收研究生：“080200 机械工程”专业，学术型硕博，研究方向：深度学习与智能制造、重大装备振动主动控制、航空发动机先进传感与健康管理；专业型硕博，研究方向：高端智能装备与系统。
合作招生导师：李应红院士，研究方向包括“航空发动机先进控制”等；王华明院士，研究方向“激光强化与抗疲劳制造”。

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风电机组故障诊断 - 陈 雪峰研究背景
风力发电是国家能源安全的重要保障。作为极具开发前景的可再生能源，风能开发近几年在我国得到高速发展。2012年《风电发展“十二五”规划》明确指出到2015年并网装机总容量达到1亿千瓦，到2020年装机容量将达到2亿千瓦。风电装备大型化的发展趋势，如国电在研的12MW风电叶片长达100余米，重30多吨。大尺度导致零部件变形和载荷不均匀度增加，加之阵风、起停、低电压穿越等产生的瞬时极端载荷高达设计载荷的3倍，导致传动系统接触界面稳定性恶化，损伤更易发生，故障导致的停机时间已占设计机时的25.6%；风场一般位于空旷的野外或海上，数百吨的动力传动系统处于百米高的塔架上，维护费用高达风电装备总收入的20-25%。因此亟需开展风电机组、复合材料叶片的状态监测与故障诊断研究。





研究内容
(1)风电增速传动系统健康监测与诊断
针对增速传动系统联轴器不对中、轴承损伤、齿轮微点蚀等典型故障，振动传递路径复杂、故障响应信号微弱等特点，揭示振动传递规律，优化传感器配置；研究早期损伤微弱信号特征增强识别与变速运行非平稳信号特征提取理论，提出级联发生或同时发生的复合故障解耦与特征分离方法，实现传动系统健康监测。(图1，2)
图1 风电增速齿轮箱模拟试验台
图2 SQI行星传动试验台
(2)大型复合材料
针对大型复合材料叶片分层、脱粘、断裂等损伤，其破坏形式复杂、诊断困难的特点，研究通用单胞模型多尺度建模方法、损伤检测方法及损伤弹性波传播机理，分析其多模式混叠现象，揭示不同损伤弹性波响应特征，建立损伤深度位置的定量诊断方法；研究基于植入式光纤复合材料叶片损伤智能监测方法，实现风电装备叶片设计与监测一体化。（图3，4）





研究内容

图3 复合材料压电晶体测试系统及应力波
图4 复合材料光纤光栅测试系统
(3)风电装备减载与安全运行优化控制
针对非稳态强输入风载、电压波动对传动系统的大幅反向冲击等问题，探索冲击载荷在传动系统的再分配机制，研究风电装备转矩控制与变桨控制的相互作用稳定性机理与最佳协调控制方法，研究风电装备超容工况下的减载优化控制方法，实现风电装备减载安全运行。





支撑项目与阶段成果
项目：国家自然科学基金重点项目“大型风电装备故障机理分析与诊断”，编号：**，执行年限：2014-01至2018-12，总经费320万元
国家自然科学基金“复合材料结构全信息健康监测方法研究”，**，2015-01至2017-12
国家自然科学基金创新群体“机械装备诊断基础研究”，**, 2015-01至2020-12
合作单位：清华大学、国电、东汽、张北风场等
论文：
(1)Li J, Chen X, Du Z, et al. A new noise-controlled second-order enhanced stochastic resonance method with its application in wind turbine drivetrain fault diagnosis[J]. Renewable Energy, 2013, 60: 7-19.
(2)Xuefeng Chen, Zhibo Yang, Xingwu Zhang, Zhengjia He. Modeling of wave propagation in one-dimension structures using B-spline wavelet on interval finite element. Finite Elements in Analysis and Design, 2012,51:1-9.
(3)陈雪峰, 李继猛, 程航, 等. 风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展[J]. 机械工程学报, 2011, 47(9): 45-52.

(4) 陈雪峰，郭艳婕. 风电装备振动监测与诊断，科学出版社，2016.

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重大装备安全监控与寿命预测 - 陈 雪峰研究背景
典型如航空发动机是飞机的“心脏”，极端服役环境导致灾难事故时有发生，运行安全保障是航空发动机的永恒主题。大中型航空发动机是一种在高速（高压转子速度超过14000 rpm、叶尖线速度可达400 m/s）、高温（高压涡轮进口温度可达2000 K）、重载（推重比可达10、起飞推力可高达20吨）、强扰动（进口气流综合畸变指数可达12%）等极端服役环境下运行的高精密复杂机械装备，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”。发动机工作条件恶劣多变、使用工况复杂。因此发动机服役过程的健康监测与故障诊治至关重要。







研究内容
(1)航空发动机振动传递路径研究
建立的双转子结构动力学模型，分析振动传递路径、振动对故障形成的作用以及典型振动故障的发展机制，探究故障响应特征；通过复杂输入与少测点输出响应的关联分析，建立多输出与少输出的映射关系。
(2)航空发动机装配性能研究
可拆卸盘鼓型结构是一种广泛采用的航空发动机转子装配结构形式，研究航空发动机转子的装配性能评估方法，提取对装配性能变化敏感的特征，构造了与装配性能退化过程相一致的装配性能评估指标。
(3)航空发动机感知技术与健康管理
研究航空发动机流道高温与叶片裂纹感知原理与传感手段；研究强噪声干扰下微弱故障信号的过完备稀疏表示字典构建方法，揭示强噪声信号的稀疏消减机制；研究寿命预测方法。构建发动机机载监测诊断EHM系统、直升机HUMS系统。

(4) 高铁PHM
高铁装备属于典型复杂机电系统，定期维修容易造成维修量大、工作强度高、准确性不足的局面；而且劳动力密集型维修体制无法在国外复制，难以满足高铁海外出口的维修保障需求。研究基于故障机理、大数据驱动的智能诊断方法，逐渐向状态维修体制过渡，从而保障运行安全、提高维修效率，满足国内和海外维修保障需求。







研究内容

图1 航空发动机轴承寿命实验台





支撑项目与阶段成果
项目：国家重点基础研究计划（973计划）“航空发动机运行安全基础研究”，2015CB057400，2015年1月-2019年8月
国家****科学基金“机械系统动态监测、诊断与维护”，编号：**，执行年限：2013.01至2016.12，总经费200万元
合作单位：空军工程大学、西航、5719、624等，中车集团青岛四方、永济电机
论文：
(1)Yan R, Gao R X, Chen X. Wavelets for fault diagnosis of rotary machines: A review with applications[J]. Signal Processing, 2014, 96: 1-15.
(2)Chen X, Du Z, Li J, et al. Compressed sensing based on dictionary learning for extracting impulse components[J]. Signal Processing, 2014, 96: 94-109.
(3)Matching Demodulation Transform andSynchroSqueezing in Time-Frequency Analysis，IEEE Transactions on Signal Processing, 2014
(4)基于稀疏分解理论的航空发动机轴承故障诊断，机械工程学报，2015.
(5)Chen X, Shen Z, He Z, et al. Remaining life prognostics of rolling bearing based on relative features and multivariable support vector machine[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2013, 227(12): 2849-2860.

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有限元动态分析 - 陈 雪峰研究背景
小波有限元是一种多尺度分析的新型有限元方法，是将传统有限元与小波函数融合的产物，吸收了传统有限元法离散逼近的优点，使它可以方便处理复杂边界条件，具有小波函数多分辨、多尺度等优良特性，能够提供多种基函数作为有限元插值函数，可在不改变剖分网格的情况下提高分析分辨率与分析精度，实现多尺度分析，数值稳定性好、运算速度快、求解精度高，适宜于处理工程中的局部应力集中、突变边界条件等奇异性问题；主动控制是一种可以改变结构振动特性的智能优化技术，是固体力学、信息技术与测控技术等多学科交叉的产物，有别于被动控制，主动控制具有自适应性强、效率高、效果好、鲁棒性高等优良特性，被广泛的应用于航空、航天、航海、车辆、机床等大型装备的振动控制与振动优化，特别是随着机械设备向高精、高速、柔性化方向发展，对主动控制提出了更大的需求与挑战。





研究内容
(1)小波有限元方法研究
针对损伤应力波求解、中频振动分析等问题，研究小波有限元低-中-高宽频动力学问题的求解格式，突破中高频计算量与参数随机性的限制，建立损伤节点的数值表征与宽频信息的融合表征，揭示中高频损伤应力波的传播规律与宽频动力学特性，实现损伤波形的聚集性评价与宽频动力学特性的一体化分析和损伤信息融合分析。（图1,2）

图1 损伤应力波求解图
图2 二维平板结构裂纹定量诊断
图3 损伤信息融合分析





研究内容
(2)主动控制方法研究
针对大型装备系统的高速化、精密化、柔性化以及振动多源化、响应宽频等发展特点，研究多源耦合振动的自适应优化控制技术，构造传感器/作动器的优化配置机制，建立特征频点与全域误差的双评判准则，实现高精度、实时化振动优化，针对机床高速主轴、水下航行器等开展振动主动控制工程研究工作。（图4）
图4 壳体结构主动控制实验台
(3)机械产品动态特性研究
针对高品质机械产品研发需求与使用安全性、可靠性需求，对机械产品开展有限元静动力学分析、模态与谐响应分析、疲劳寿命分析等，结合模态测试、扫频实验、力学性能实验与可靠性实验等，实现产品的动态性能评估与优化设计。（图5）
图5 高速铁路转辙机模态测试






支撑项目与阶段成果
项目：国家自然科学基金 **水下航行器多源耦合宽频振动的可调优化控制研究，2015-01至2017-12
国家自然科学基金 ** 火炮机构间隙作用机理及射击密集度诊断方法研究，2015-01至2018-12
企业合作课题
合作单位：中船工业、铁路信号厂等
著作：陈雪峰，李兵，曹宏瑞. 有限元方法及其工程案例. 北京：科学出版社，2014.
李兵，陈雪峰，卓颉.ANSYS工程应用. 北京：清华大学出版社，2010.
论文：
(1) B. Li, X.F. Chen. Wavelet-based numerical analysis: a review and classification. Finite Elements in Analysis & Design, 2014, 81: 14-31.
(2) X.W. Zhang, X.F. Chen, S.Q. You, Z.J. He. Active control of dynamic frequency responses for shell structures. Journal of Vibration and Control, 2014, doi:10.1177/17588.
(3) X.F. Chen, Z.B. Yang, X.W. Zhang, Z.J. He. Modeling of wave propagation in one-dimension structures using B-spline wavelet on interval finite element. Finite Elements in Analysis and Design, 2012, 51:1-9.

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高速精密机床与智能主轴 - 陈 雪峰研究背景
制造装备（机床等）是制造业的工作母机，高速、精密和面向新工艺的 “高端机床”是高端制造业发展的重要基础。我国制造装备的切削速度和加工效率普遍为国外的1/2-1/5，机床精度国外已达到纳米级，我们在亚微米级；我们在复合材料结构制造装备方面，还处于开始研发阶段。高速精密及复合材料制造等高端制造装备，关系到航空、航天、军工、芯片等行业的发展，我们绝不能受制于人。以中国工程院院士周济为首的战略研究组指出，目前我国制造业综合水平正处于“第三方阵”，与“第一方阵”的美国、“第二方阵”的日德等国均有着较大的差距。我国计划在2025年左右跻身于“第二方阵”，在2035年左右处于“第二方阵”的前列，并在2045年左右跻身“第一方阵”，而这些也必然无法离开制造业自主创新的支持。“工欲善其事，必先利其器”，高端制造需要高端工作母机的支撑。





研究内容
(1)高速精密机床
大功率船用柴油机、火炮炮管等加工用高精度数控珩磨机床，仅有少数几个发达国家如德国格林公司和纳格尔公司、美国善能公司等能够生产相应的高档数控珩磨机床。同宁夏中卫大河机床有限责任公司等合作，开展了机床有限元分析、动力学模态测试、液压系统设计、机械与液压联合控制数控系统研发等，提高了船用柴油机缸套等精密内孔类零件的几何精度及表面网纹质量，使得微观表面轮廓和网纹参数能很好满足我国船舶行业IMO造船新规范标准对柴油机缸套的加工要求，突破国外的技术壁垒。

图1 2MK2263×200大功率船用柴油机加工用数控珩磨机
基础功能部件薄弱，也是制约我国数控机床发展的瓶颈。自动换刀机械手是数控机床的核心功能部件，其中的关键零件弧面凸轮，由于轮廓是空间不可展螺旋面，目前国内对该零件的加工精度低、零件修配工作量大、难以形成批量生产、加工质量难以得到保证。高端弧面凸轮制造装备全球只有十多台，均是德国KOPP公司研制。我国尚缺乏该类加工装备。同广州市敏嘉制造技术有限公司合作，提出了小中心距、大摆角加工机床的创新结构，首创砂轮数控变径技术，开发了数字化加工程序，研制了五轴加工中心、六轴磨削中心、零件动静态误差检测中心，正形成换刀机械手批量生产基地，打破国外垄断。

图2 五轴加工中心和六轴磨削中心





研究内容
(2)智能主轴
具备感知、决策和执行等功能的智能高速主轴将是下一代高端机床主轴的发展方向。国外许多著名大学、企业研究机构（如德国亚琛工业大学、西门子公司等）纷纷设立智能主轴研究项目，抢占理论与技术制高点。
主轴部件是轴对称结构，综合考虑高速旋转部件的离心力和陀螺力矩效应等因素，利用Timoshenko梁单元对主轴转子、拉刀杆和主轴箱等梁类结构进行有限元建模，利用转盘单元对套筒、锁紧螺母等盘类结构进行建模。对于主轴轴承，分别建立了基于Jones模型的拟静力学模型和基于Gupta模型的动力学模型，并与主轴其他部件有限元模型进行集成，得到主轴-轴承系统的动力学模型及运动方程。针对高速主轴系统开展在线监测技术研究，提取高速主轴非线性故障特征，构造判别准则与参数优化策略，建立智能监测与诊断系统，实现高速主轴故障自诊断，保证加工过程的稳定性。振动是影响高速主轴系统加工质量的重要因素之一。为了保证加工质量、加工效率与系统可靠性，研究智能高速主轴的在线振动控制技术，包括高速主轴系统的辨识技术，在线振动信号的处理技术，智能优化振动控制技术以及控制系统的工程化集成技术。

图3 滚动轴承动力学模型与主轴转子耦合
图4 高速主轴试验台





支撑项目与阶段成果
项目：3项高档数控机床国家重大专项
国家自然科学基金“智能主轴高速高效加工早期微弱颤振辨识与主动控制研究”，**，2016-01至2018-12

合作单位：大河机床、敏嘉制造、大连机床、轴研科技等
论文：
(1)陈雪峰,曹宏瑞,何正嘉. 数字化制造装备的主轴服役性能监测与诊断[J]. 机械工程学报,2009,05:140-146.
(2)曹宏瑞,陈雪峰,何正嘉. 主轴-切削交互过程建模与高速铣削参数优化[J]. 机械工程学报,2013,05:161-166.
(3) Cao H, Zhang X, Chen X. The concept and progress of intelligent spindles: A review [J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 112: 21-52, 2017

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复合材料损伤监测 - 陈 雪峰