高速撞击机械系统在机械工程、特别是在国防科工领域十分常见。由于其机构部件在工作过程中伴随着高速的撞击,很容易出现裂纹故障。这些裂纹故障若不能被即时地发现,可能会在毫无征兆的情况下发生失稳扩展,引发脆性断裂,严重影响系统运行的可靠性,并可能造成安全事故。因此,对此类机械系统微弱的裂纹故障进行精确地诊断,在工程上具有重要意义。但另一方面,此类机械系统的裂纹故障经常出现在系统内部或做高速运动的部件上,要对它们的动态响应进行直接地测试十分困难,这又增加了此类系统裂纹故障诊断的难度。本文针对高速撞击机械系统裂纹故障的诊断问题,以此类系统的典型代表—XXX型高射机枪—为具体的研究对象,对此类系统的建模方法和诊断方法进行了研究,其中前者是为后者服务的。对建模方法的研究包括系统级的建模方法和部件级的建模方法这两个方面。对诊断方法的研究主要聚焦于多分形特征的有效提取和对所提取到的特征的有效利用。本文的具体研究工作如下:(1)基于Modelica语言和微分代数方程组理论,在MapleSim环境中对XXX型高射机枪进行了系统级的建模和仿真,得到了XXX型高射机枪的各个部件在其射击方向上的运动规律。(2)应用弹性动力学中的弹性波和强间断扰动线理论,建立了含裂纹弹性杆共轴撞击的一维动力学模型,并编写了相应的MATLAB仿真程序。经过仿真计算,得到了运动部件上裂纹的位置、深度和宽度对被撞杆件动态响应的影响规律。通过与专业有限元仿真软件MSC.Dytran仿真结果的对比,体现了此建模和仿真方法在模拟此类问题时,相较于有限元模型明显的优越性。(3)在XXX型高射机枪自动机闭锁机构上设置了3种比较微弱的裂纹故障,并分别对不同故障状态下的XXX型高射机枪进行了多次的实弹射击,采集到了射击过程中枪身上两个测点和枪架上一个测点、每个测点各3个正交方向上的振动响应信号。给出了通过对原始测试信号进行截取、降采样或低通滤波等预处理来形成原始数据样本的方法。形成了供后续对诊断方法的研究中使用的实测样本信号。(4)对多分形分析的基本理论和基于小波领袖或p领袖的多分形分析方法进行了系统地整理,提出了利用形态曲线拟合来从多分形谱获取多分形特征量的方法,提出了通过搭建时频相干网络来提取同步采样振动信号的时频相干多分形特征的方法。(5)通过一个涉及13种降维方法的基准测试,给出了针对给定的原始特征样本来选择最佳的特征融合方法,并确定此特征融合方法和智能分类器的最优参数的通用方案。本文对XXX型高射机枪的系统建模和仿真过程中,解决了许多典型的关键问题,可为其它机械系统的建模和仿真提供参考。Modelica建模语言和MapleSim建模仿真环境的引入,为大型复杂机械系统的建模和仿真分析提供了新的技术手段。本文提出的对含裂纹弹性杆共轴撞击进行建模和仿真的方法,相较于有限元方法具有绝对的优势,不仅计算量极低,而且结果为理论解,为构件撞击过程中裂纹信息传递机理的研究提供了新的有效手段。本文机枪实验中的故障、测点、采样等实验参数设置和对原始信号的截取、降采样、低通滤波等信号预处理操作,可为其它机械系统的实验研究提供参考。本文对多分形分析的基本理论和基于小波领袖或p领袖的多分形分析方法的整理,可为相关的理论和方法研究提供便利。基于小波领袖或p领袖的多分形分析方法的引入,为原始数据的多分形分析提供了有效的技术手段。本文所提出的从多分形谱提取多分形特征量的方法和提取同步采样振动信号时频相干多分形特征的技术,为有效利用多分形分析的结果提供了新的手段和思路。本文提出的用于选择最佳特征融合方法并确定此方法和智能分类器的最优参数的通用方案,为有效利用原始特征样本提供了基本的操作流程,有利于提高智能诊断技术的预测正确率。