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2024年 43卷 13期
刊出日期:2024-07-15
论文
 
       论文
1 基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制
>张雷克1,聂梁1,张金剑2,3,王雪妮1,4,马震岳2
针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器( Magneto-Rheological Fluid Damper, MRD )对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s1与s2分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。
2024 Vol. 43 (13): 1-11 [摘要] ( 83 ) HTML (1 KB)  PDF (5155 KB)  ( 46 )
12 融合时频特征的多源无监督域自适应轴承故障诊断方法
>金怀平1,2,刘志泳1,2,王彬1,2,钱斌1,2,刘海鹏1,2
无监督域自适应已成为多工况下轴承故障诊断的一种重要方法。然而,现有多源无监督域自适应方法往往忽略不同视角信号对于跨域故障诊断的贡献,不足以全面表达轴承的故障特征。此外,这些方法的不同源域对同一目标域的预测结果存在差异。为此,提出一种融合时频特征的多源无监督域自适应(Time-Frequency Features based Multi-source Unsupervised Domain Adaptation, TFFMUDA)轴承故障诊断方法。该方法以时域和频域信号为输入,通过特征耦合机制实现两种故障特征的互补,并利用分类器对齐策略增强了不同源域对于同一目标域的诊断一致性。通过实际轴承故障案例的实验结果表明,所提方法相较于现有无监督域自适应轴承故障诊断方法能获得更清晰的故障类决策边界并具有更好的目标域诊断精度。
2024 Vol. 43 (13): 12-24 [摘要] ( 49 ) HTML (1 KB)  PDF (5236 KB)  ( 22 )
25 带壳装药毁伤元威力参数计算方法
>张生1,2,李述涛1,王振清2,陈叶青1
带壳装药爆炸后将产生冲击波、破片等毁伤元,提高毁伤元威力参数计算精度对于武器破坏效应和工程防护研究都具有重要意义。为提高破片与冲击波威力参数的计算精度,通过分析带壳装药爆炸能量的分布规律,基于修正的能量守恒方程提出了一种更精确的破片初速计算公式;采用等效药量转换方法来计算带壳装药爆炸产生冲击波的等效药量,通过分析带壳装药初始冲击波的形成过程,建立了冲击波威力参数的理论计算模型,通过试验数据验证了计算模型的科学性和可靠性;通过已建立的理论模型推导得出两种毁伤元重叠时与爆源距离的计算公式,并量化分析了影响因素。研究表明,本文计算方法的精度优于传统的毁伤元威力参数计算方法,破片初速、冲击波超压峰值、波阵面到达时间与试验的误差分别为3%、4.9%、1.1%;破片弹幕与冲击波波阵面重叠时的运动距离与炸药能量(炸药爆热)成正比,与壳体厚度(装药质量比)成反比。
2024 Vol. 43 (13): 25-34 [摘要] ( 31 ) HTML (1 KB)  PDF (2237 KB)  ( 7 )
35 振动台控制室抗倾斜空气弹簧三维隔振平台研究
>石运东1,2,3,薛霜冰2,王琦2,刘铭劼1,2,3,吴昊1,2,3,韩庆华1,2,3
大型地震模拟振动台的运行给周围环境带来不可忽略的振动问题,影响精密仪器设备的正常使用及工作人员的舒适度。针对国家大型地震工程模拟研究设施振动台控制室面临的振动问题,提出一种基于带附加气室的空气弹簧和抗倾斜装置的大质量三维隔振平台。开展了隔振部件以及隔振平台的试验研究以及数值模拟分析,提出了抗倾斜装置的抗倾斜刚度理论计算公式。研究结果表明,带附加气室的锥型与直筒型膜式空气弹簧可实现约1s竖向隔振周期,阻尼比达23%。试验中抗倾斜装置可有效控制人员偏心荷载造成的平台倾斜问题,平台倾斜角度减小达66%。所设计国家大型地震工程模拟研究设施隔振平台可大幅降低振动台运行产生振动影响,隔振效率达86%以上。
2024 Vol. 43 (13): 35-44 [摘要] ( 20 ) HTML (1 KB)  PDF (3786 KB)  ( 14 )
45 基于自适应VMD和DD-cCycleGAN的滚动轴承剩余寿命预测
>于军1,2,赵坤1,张帅3,邓四二4
为准确预测强噪声干扰小样本情况下的滚动轴承剩余寿命(remaining useful life, RUL),提出一种基于自适应变分模态分解(Variational mode decomposition, VMD)和双判别器条件循环一致对抗网络(Double-discriminator conditional CycleGAN, DD-cCycleGAN)的滚动轴承RUL预测方法。将黑猩猩优化算法(Chimp optimization algorithm, ChOA)与VMD相结合,给出一种基于ChOA的自适应VMD算法,选取有效模态分量进行重构,降低强背景噪声的干扰;开发一种DD-cCycleGAN生成新样本,这些生成的新样本不但保留了源域的样本信息,还与目标域的样本相似;将训练样本的重构样本和生成的新样本作为输入,训练长短时记忆(Long short-term memory, LSTM)网络,用训练后的LSTM网络预测测试样本中滚动轴承的RUL。通过采用XJTU-SY滚动轴承加速寿命试验数据集验证该方法的有效性,试验结果表明该方法具有较强的抗噪能力和较高的轴承RUL预测精度。
2024 Vol. 43 (13): 45-52 [摘要] ( 21 ) HTML (1 KB)  PDF (2435 KB)  ( 8 )
53 完全匹配层在矩阵式波动方程SBP-SAT方法应用
>孙铖1,杨在林2,3,蒋关希曦4,刘泰玉1
数值离散方法和截断边界效果是地震动模拟实现的关键。基于分部求和(SBP)和一致逼近(SAT)的SBP-SAT方法具有较高的稳定性,这使得该方法具备了较高的应用前景和价值。此外,完全匹配层(PML)是一种应用广泛用于模拟截断边界的技术,但引入匹配层可能会破坏原始方程的稳定性,特别是在各向异性介质或曲线域模型中。本文首先基于数理推导,给出弹性波动方程系数矩阵的对称形式。在此基础上,引入多轴完全匹配层(MPML),并建立相应的匹配层方程。通过本征值分析,我们可以判断阻尼函数对原方程特征根实部的走向和取值范围的影响。然后,我们采用SBP-SAT方法对矩阵对称形式匹配层方程进行离散,并在频域中采用能量法进行稳定性评估。通过对不同模型的数值仿真,本文表明所提出的离散框架具有整合度高、稳定性好和拓展性强等特点。此外,多轴匹配层可以与SBP-SAT方法结合,可以稳定地模拟曲线域中的波传播。
2024 Vol. 43 (13): 53-60 [摘要] ( 22 ) HTML (1 KB)  PDF (1798 KB)  ( 8 )
61 基于语义嵌入空间的离心泵未知复合故障识别
>南玲博1,陈帝伊1,张润强1,王田田1,黄卫宁2
针对离心泵各类型故障相互耦合难以诊断的问题,提出了一种语义嵌入空间的未知复合故障识别框架。首先采用深度学习与加权交叉熵损失建模来提取数据不平衡分布下的离心泵已知单一故障特征。接着采用零样本学习结合语义编码将单一故障属性构建成复合故障语义空间。最后通过全连接神经网络将样本特征映射到语义空间,并通过相似度测量来识别未知复合故障。在自吸和单级单吸离心泵两个数据集上进行验证,结果表明:在复合样本缺失的前提下,该方法对四组数据不平衡分布下的未知复合故障平均识别率为73.63%和82.25%,验证了所提方法的有效性和泛化性。
2024 Vol. 43 (13): 61-69 [摘要] ( 21 ) HTML (1 KB)  PDF (4824 KB)  ( 17 )
70 近断层基于损伤的结构残余位移比谱研究
>刘巴黎1,胡进军2
残余位移是震后结构损伤评估的重要指标。为了揭示近断层区域基于损伤残余位移的变化规律,基于Park-Ang损伤模型建立单自由度体系基于损伤残余位移比谱Cr,研究恢复力模型和Park-Ang损伤模型对基于损伤Cr的影响,通过回归分析建立基于损伤Cr预测方程,对比分析了近断层和远场地震动作用下Cr以及基于延性和基于损伤Cr的差异。结果表明:具有刚度退化模型的结构Cr谱值小于刚度无退化模型结构的Cr谱值;与远场地震动作用下结构Cr谱值相比,近断层脉冲型地震动作用下结构Cr谱值在周期为1.5 s时增大40%~80%;结构基于损伤与基于延性Cr谱值之比大于1.1,基于延性Cr谱值估计趋于不保守,结构累积滞回耗能对Cr具有放大作用;构建的基于损伤Cr谱预测方程可用于近断层区域结构残余位移需求评估以及精细化结构抗震韧性评价。
2024 Vol. 43 (13): 70-77 [摘要] ( 22 ) HTML (1 KB)  PDF (2958 KB)  ( 5 )
78 基于二轴车过桥振动响应的桥梁模态特性识别方法研究
>程俭廷1,林梓康2,吴晓生1,王身宁1,周军勇2
为采用移动车辆过桥振动信号间接识别桥梁模态特性参数,达到快速检测路网桥梁群健康状况目的,研究了常规二轴车用于桥梁频率与模态振型同步识别方法。首先,理论推导了忽略车桥耦合效应情况下二轴车过桥的车桥接触点振动响应封闭解,通过前后车轴振动加速度响应的时滞信号相减构建接触点残余响应,应用双峰理想谱滤波和希尔伯特变换建立了同步识别桥梁频率与模态振型方法。其次,建立了车桥耦合振动数值有限元仿真程序,在考虑车桥耦合效应基础上验证了理论推导的准确性,并同步识别了桥梁频率与模态振型。最后,考虑更不利的路面粗糙度情况,检验了二轴车接触点残差响应的间接识别效果。研究表明在忽略车桥耦合效应情况下接触点残差响应不包含车辆和路面粗糙度影响,可以精准识别桥梁模态特性参数。数值有限元仿真证明通过车体响应间接计算接触点响应、通过桥梁节点插值计算接触点响应以及理论推导三者结果高度吻合,在路面粗糙度等级低的情况下本方法有很好效果。当粗糙度更为不利时,车桥耦合效应明显导致接触点响应残差中仍然包含车辆频率成分,对识别效果有一定干扰。采用接触点残余响应进行桥梁模态特性识别时,建议降低检测速度或优化试验车构造,抑制车桥耦合效应的不利影响。
2024 Vol. 43 (13): 78-89 [摘要] ( 17 ) HTML (1 KB)  PDF (3789 KB)  ( 8 )
90 饱和黏土地基中桩基水平振动的时域半解析法研究
>刘君1,王立安2,郭锋3
在Biot多孔介质理论框架下,利用分数阶Kelvin模型描述土骨架流变效应,构建饱和黏土与桩基耦合振动模型,采用Laplace变换推导控制方程的变换域解析解,再通过数值反演得出时域解。通过算例分析,研究水平振动荷载作用下桩基的位移和内力响应及参数影响。结果表明,饱和黏土地基中桩基振动的位移和内力响应都具有延迟效应,地基土的流变性越强延迟效应越明显,而且荷载频率越低,流变性对延迟效应的影响越显著;土体流变性越强,桩基振动的位移幅值越小,且荷载频率越高,位移幅值的减小幅度越大;桩身正弯矩随土体流变性增强而减小,而负弯矩随之增大;桩身正向和负向剪力均随土体流变性增强而增大,但桩顶剪力不受土体流变性影响。
2024 Vol. 43 (13): 90-97 [摘要] ( 10 ) HTML (1 KB)  PDF (2453 KB)  ( 2 )
98 集成全息希尔伯特谱分析及其在滚动轴承故障诊断中的应用
>彭国良1,郑近德1,潘海洋1,童靳于1,刘庆运1
全息希尔伯特谱分析(Holo-Hilbert spectral analysis,HHSA)是一种新的信号解调分析处理技术,其采用双层经验模态分解(EMD),能够有效揭示非线性或非平稳振动信号中的跨尺度耦合关系。但是,EMD在信号分解过程中存在严重的模态混叠问题,导致瞬时频率估计不准确,影响了HHSA的分析精度。基于此,论文提出了集成全息希尔伯特谱分析(Ensemble Holo-Hilbert spectral analysis,EHHSA)方法。同时为了更精确解调故障特征信息,通过对载波变量进行积分,定义了一种可以揭示调制特征的调幅边际谱分析方法。最后,通过对滚动轴承仿真和实测数据进行分析,结果表明:与传统谱分析方法相比,所提EHHSA方法及调幅边际谱的特征提取性能和噪声鲁棒性更强。
2024 Vol. 43 (13): 98-105 [摘要] ( 17 ) HTML (1 KB)  PDF (3304 KB)  ( 13 )
106 时频短时集中变换方法在变工况轴承脊线提取中的应用
>蒋逸心1,周俊1,2,伍星1,2,刘韬1,2,刘畅1,2
时变转速工况下的轴承故障诊断分析方法大多是基于主轴转速的阶次跟踪方法,但由于设计、成本等原因,转速计广泛应用受限。而基于时频脊线提取的阶次分析不依赖转速计可直接进行分析,但目前脊线提取存在提取精度较差以及提取流程效率较低等问题。据此,提出一种应用于脊线提取的短时集中变换(STCT)方法,首先通过一个遍历时频矩阵的向量处理时频矩阵内的数据以提高时频分辨率;其次使用新的脊线提取流程,在几乎不增加计算成本的前提下更高效、准确的完成时频脊线提取;最后通过仿真和实测信号验证该方法及流程的准确性,通过与其他时频方法的比较进一步说明所提方法的优越性,最终实现轴承时变转速工况下的故障诊断。
2024 Vol. 43 (13): 106-114 [摘要] ( 20 ) HTML (1 KB)  PDF (3450 KB)  ( 18 )
115 基于RF与D-S证据理论融合的多通道齿轮箱复合故障诊断
>贾舜宇1,2,3,4,齐咏生1,2,3,魏淑娟1,2,3,刘利强1,2,3,李永亭1,2,3
针对齿轮箱复合故障特征难于提取,诊断缺乏自动识别性,且单通道往往无法全面表征故障信息等问题,提出一种基于随机森林与证据理论相融合的多通道齿轮箱复合故障诊断方法。首先通过小波包变换(WPT)对各通道复合故障信号进行分解,得到故障信号的特征向量;之后引入一种新的特征集组合框架构建针对不同故障的特征数据集,通过随机森林算法划分单个分类模型;接着综合考虑各分类模型,合成每个通道下的集成分类器,并提出一种新的迭代自更新策略不断完善分类器的性能;最后设计一种基于Lance距离的改进D-S证据理论算法,该算法采用Lance 距离来度量各空间证据间的证据距离,并构造Lance矩阵,由此获得相似度矩阵来衡量各证据体间的相似程度和支持度,通过计算各通道的敏感度权重系数进行BPA修正,获得最终的诊断融合结果。通过齿轮箱实验平台进行算法验证,结果表明该方法能有效识别出复合故障中包含的每类故障,并能全面融合不同通道的故障冗余信息,实现齿轮箱复合故障的精确诊断。
2024 Vol. 43 (13): 115-125 [摘要] ( 13 ) HTML (1 KB)  PDF (3257 KB)  ( 1 )
126 层状地基中楔形桩水平向非线性振动响应分析
>邓淇元,涂文博,刘林芽,张鹏飞,刘柯兴
楔形桩是一种集施工简便、承载力高等特点的新型路基处理桩型。为进一步完善楔形桩水平振动分析理论以推广其在工程中的应用,基于动力Winkler地基理论,建立楔形桩-土体水平耦合振动非线性分析模型,针对水平简谐荷载作用下层状地基中的楔形桩水平动力响应问题展开研究,并探讨不同桩身长径比对桩土分段的敏感性,研究楔形角和土体分层特性参数对楔形桩水平向非线性动力响应的规律。结果表明:随着楔形角或桩侧土体模量的增大,楔形桩水平动力特性均会得到显著改善;等体积条件下保持桩端半径不变改变桩长较保持桩长不变改变桩端半径时水平动力性能表现更好;桩侧上层土体性质变化对桩顶动力响应影响更加显著。
2024 Vol. 43 (13): 126-133 [摘要] ( 11 ) HTML (1 KB)  PDF (2913 KB)  ( 1 )
134 改进的变分稀疏贝叶斯学习离格DOA估计方法
>王绪虎1,金序1,侯玉君1,徐振华2,田雨1,张群飞3
为提高阵列信号处理运算速率,改善其方位估计性能,提出了一种改进变分稀疏贝叶斯学习离格DOA估计方法。该方法利用实值变换,将向量化后的接收信号协方差矩阵转化到实数域,结合变分稀疏贝叶斯学习和网格演化的思想,在迭代过程中使网格从初始的均匀网格自适应地演化为非均匀网格,通过网格更新和网格裂变交替迭代使演化后的网格点逐渐逼近真实信源方位。仿真结果表明,改进方法与传统压缩感知类方法相比,减小了运算量,提高了运算速率,且具有更高的方位估计精度和方位分辨能力,在少快拍和低信噪比情况下,改进方法性能提升的优势更明显。湖上试验数据处理结果进一步验证了该方法的有效性和工程实用性。
2024 Vol. 43 (13): 134-143 [摘要] ( 9 ) HTML (1 KB)  PDF (3402 KB)  ( 2 )
144 两种纤维加筋模拟月壤的动态劈裂试验研究
>马芹永1,2,顾金辉2
为了解纤维加筋模拟月壤的动态劈裂力学特性,选用聚丙烯纤维和玄武岩纤维制备了纤维加筋模拟月壤地聚合物圆盘试件,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置开展了冲击劈裂试验,并使用扫描电子显微镜观察地聚合物断裂面处纤维的分布排列情况。试验结果表明:当聚丙烯纤维掺量为0.4%时试件的劈裂拉伸强度达到最大,较未掺时提高22.9%-27.3%;相同纤维掺量下,聚丙烯纤维对试件劈裂拉伸强度的增益效果要优于玄武岩纤维;纤维掺量一定时,试件动态劈裂拉伸强度与冲击气压呈正相关,纤维对劈裂拉伸强度的增益效果与冲击气压呈负相关;试件在冲击荷载作用下沿轴向劈裂为相对完整的两半,纤维的掺入减小了试件的破坏程度,改善了脆性破坏;试件的劈裂破碎块度平均粒径随纤维掺量的增加而增大。研究结果为未来月球基地建造材料的选择提供参考。
2024 Vol. 43 (13): 144-152 [摘要] ( 16 ) HTML (1 KB)  PDF (3866 KB)  ( 3 )
153 医用水射流在不同力学性能皮肤上的注射效果研究
>李佳敏1,曾栋坪2,康勇1
为探究不同力学性能皮肤对无针注射效果的影响,通过注射不同质量分数的凝胶皮肤模型进行注射效果分析。首先,通过自制压力测试平台,分析不同注射参数下气动式无针注射系统微射流动力学特征;其次,采用气动式无针注射系统分别开展凝胶注射实验与离体猪肉组织注射实验,探究凝胶注射实验的可靠性;在此基础上,分别开展单层、双层及多层凝胶注射实验,探究多层结构组织及不同层间界面条件下气动式无针注射系统微射流的扩散特征。研究结果表明:随着凝胶杨氏模量增大,注射深度、扩散面积和注射完成率均减小;同时,分界面一定条件下起到促进药液横向扩散作用,疏松界面一定会出现层间积液,紧密界面可能出现层间漏液现象。研究结果可为无针注射系统在不同力学性能皮肤条件下的进一步发展应用提供理论依据和技术支撑。
2024 Vol. 43 (13): 153-161 [摘要] ( 18 ) HTML (1 KB)  PDF (3862 KB)  ( 3 )
162 基于任意拉格朗日欧拉方法的射流破土仿真分析
>吴尚华,鲁滢,武硕,尹原超,张陶,岳前进
本文基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法对射流破土过程进行仿真分析。以琼州海峡粘土质砂为研究对象,选用MAT-FHWA-SOIL模型建立土体材料本构。运用LS_DYNA软件建立包括射流源、喷嘴、水域及土体的仿真模型,探究射流破土机理。并讨论射流关键参数对破土效果的影响,对射流压力、喷嘴直径、射流靶距进行单因素研究。研究发现在其他射流参数不变的情况下,射流压力增大1倍,最大冲坑深度也增大1倍;土体的冲蚀体积会随着射流压力的增大而增加,与射流时间近似成线性关系;喷嘴直径从5cm增大到9cm时,最大冲坑深度增幅为43%。在20~60cm之间的射流靶距对清理效果的影响较小。本文研究可为海底电缆抢修的射流破土作业过程提供依据。
2024 Vol. 43 (13): 162-171 [摘要] ( 7 ) HTML (1 KB)  PDF (3657 KB)  ( 1 )
172 基于凸轮-滚子结构的多自由度准零刚度系统设计
>田海洋1,张万福1,薛聪聪1,顾乾磊2,张世东3,李春1
基于凸轮-滚子结构设计一种多自由度非线性准零刚度低频隔振装置。通过静力学特性计算,结合横向刚度计算理论,得到系统在多个自由度上实现准零刚度的参数条件。利用谐波平衡法分析了系统动力学特性,得出系统力传递率,并分析了预压、阻尼比及激励力对系统振动传递率的影响。为验证准零刚度系统隔振性能,搭建隔振测试系统,实验结果表明,相较于传统线性隔振系统,多自由度隔振系统在竖直方向上起始隔振频率从6.7Hz降低至3.5Hz,隔振效率最大提升约84.3%;水平方向上起始隔振频率从6Hz降低至4Hz,隔振效率最大提升约45%;在10Hz以下,多自由度隔振系统的振动传递率远小于线性隔振系统。
2024 Vol. 43 (13): 172-179 [摘要] ( 16 ) HTML (1 KB)  PDF (2585 KB)  ( 2 )
180 可调频超结构充液管道的振动抑制
>王可心1,2,杨智春1,赵天1,徐艳龙1,田玮1
提出了一种附加可调频局域共振单元的超结构充液管道,通过调整局域共振单元的质量块在弹簧片上的安装位置,实现局域共振单元固有频率的可调性,进而实现充液管道在多个频率下的振动抑制。首先建立了附加可调频局域共振单元的超结构充液管道的结构动力学模型,采用伽辽金法推导了超结构充液管道的运动方程,然后利用模态分析方法建立了多频带隙的解析表达式。建立了相应的有限元模型,对其多频减振特性进行数值仿真,并开展了相应的验证实验。计算和实验结果验证了所提出的超结构充液管道存在多个带隙,在带隙范围内充液管道的弯曲振动被显著抑制。研究工作表明,使用可调频局域共振单元能够有效抑制充液管道多个频率下的振动,为其在多目标频段下充液管道的减振应用提供参考。
2024 Vol. 43 (13): 180-189 [摘要] ( 14 ) HTML (1 KB)  PDF (2318 KB)  ( 7 )
190 基于CEEMDAN多尺度改进排列熵和SVM的空化噪声特征提取
>兀成龙,高翰林,朱丹丹,李亚安
当水下航行器处于高速航行时就会形成空化噪声,所产生的噪声会严重影响水下航行器的性能和安全。螺旋桨噪声包含着丰富的空化信息,是识别空化状态的有效手段。针对改进排列熵在单尺度下对原信号进行分析,无法有效区分不同空化状态,提出了将改进排列熵与自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)相结合的空化噪声特征提取方法。首先,采用自适应噪声完备经验模态分解(CEEMDAN)方法对水下航行器螺旋桨的空化噪声进行分解,提取具有空化特征的固有模态函数(IMF)分量;其次,选取相关系数最高的IMF分量并计算其多尺度改进排列熵(MIPE);最后,基于多尺度改进排列熵,建立支持向量机的特征分类模型。仿真和实验结果表明,该方法具有更好的可分性。
2024 Vol. 43 (13): 190-197 [摘要] ( 4 ) HTML (1 KB)  PDF (2778 KB)  ( 5 )
198 基于机液联合仿真模型的闸门启闭机故障注入及诊断研究
>李浩宇1,徐平2,铁瑛1,黄建章1
为了对含故障特征的弧形闸门系统运行信号进行评估和故障诊断研究,基于某弧形闸门实验平台检测数据,建立弧形闸门启闭机构的机液联合仿真模型,进行模型相似度分析和修正。通过基于闸门实时开度反馈信号闸门状态控制策略对闸门进行工作状态的控制,提高了仿真效率和稳定性,获得更符合实际的状态特征。在模型中注入液压系统与机械系统故障,分析故障对闸门运行信号产生的影响。为了充分体现故障特征信息,选取多个信号进行融合并调整权重分配,基于加权多通道数据融合方法解决了故障识别精度波动大的问题,为了提高网络模型的泛化能力,在网络模型中加入残差结构进行优化,基于迁移学习的卷积神经网络解决了故障识别精度低的问题。结果表明,构建的模型可以表现出弧形闸门工作过程中重要信号比如压力、流量、振动等信号特征的动态变化;使用改进后的加权多通道数据融合的基于残差结构优化的神经网络准确率达到了97.17%。
2024 Vol. 43 (13): 198-209 [摘要] ( 6 ) HTML (1 KB)  PDF (3525 KB)  ( 1 )
210 基于调车工况的MT-2缓冲器容量需求仿真分析
>孙林平1,杨忠良1,2,马卫华1,罗世辉1,王波1
为了分析MT-2缓冲器在调车连挂作业时的容量需求问题,基于摩擦式缓冲器非线性力学特性及车辆调车冲击受力特点,建立了铁道货车纵向冲击动力学模型,对调车过程中不同车辆质量、不同速度、不同编组方式及不同车体刚度等工况下MT-2缓冲器容量需求进行了分析。研究结果表明:缓冲器做功与车辆质量和连挂速度的平方成正比,冲击车和被冲击车数量都大于2辆时冲击面缓冲器的容量需求将与车辆数量无关。对同时考虑质量、速度、编组方式、车体刚度的缓冲器容量需求值进行了函数拟合,完成了比例系数 、 和 的求解;不同车辆数量之间冲击时,不同车钩号的缓冲器做功值大小不一,在冲击面车钩号的缓冲器做功值均为最大,沿着冲击面前、后的车钩号逐渐递减,调车冲击时计算容量需求值时应不考虑车体刚度,以重车冲击重车模式时冲击面的缓冲器容量需求为准。
2024 Vol. 43 (13): 210-216 [摘要] ( 8 ) HTML (1 KB)  PDF (1536 KB)  ( 7 )
217 深部高瓦斯低渗煤层定向聚能爆破裂纹扩展规律试验研究
>张鑫1,刘泽功1,2,高魁1,2,张健玉1,傅师贵1,乔国栋1,杨帅1
针对深部高瓦斯低渗煤层爆破增透时爆破有效致裂范围较小,爆破能量利用率低的问题,首先根据爆破应力波的传播和叠加,从理论上分析了地应力和爆破荷载耦合作用下炮孔周围的应力分布规律;然后利用自主搭建的爆破试验平台进行了有无地应力普通爆破及地应力下不同聚能方向爆破试验研究;最后将爆破后4组试块的裂纹扩展及应力发展规律分别进行对比分析,得出爆生裂纹的扩展规律以及应力峰值的涨幅关系。研究结果表明,在裂纹扩展方面,地应力的存在对煤岩体普通爆破裂纹的扩展起抑制作用,整体裂纹扩展范围较小且呈椭圆形分布;聚能方向与水平较大主应力方向一致时,有利于定向裂纹的扩展,整体裂纹扩展范围较大;聚能方向与竖直较小主应力方向一致时,在爆破初期因聚能效应裂纹沿聚能方向扩展,在裂纹扩展后期,受地应力影响垂直方向上煤岩体受到的切向压应力较大,制约了定向裂纹的扩展,整体裂纹扩展范围较小。应力传播方面,在无地应力与加载地应力普通爆破情况下,爆破孔周围应力呈下降趋势,最高降幅达39.1%;地应力下水平方向聚能爆破相对于普通爆破时,聚能方向的应力峰值提高了72.2%。研究成果运用于深部高瓦斯低渗煤层爆破中,可以有效提高爆破能量利用率和裂纹扩展范围,对瓦斯解吸具有积极意义。
2024 Vol. 43 (13): 217-226 [摘要] ( 15 ) HTML (1 KB)  PDF (3211 KB)  ( 3 )
227 主动磁轴承系统建模与准谐振自抗扰振动抑制
>孙建忠1,宋伟皓1,范鹏昊1,陈昕航2,王昊辰1
为了建立更准确的磁轴承数学模型,优化其控制性能,本文对磁轴承的电磁力非线性特性和系统固有干扰源进行了分析,通过转子动力学分析建立了含干扰源的主动磁轴承径向耦合系统模型。为抑制系统的振动,提出了一种磁轴承准谐振自抗扰振动抑制方法。通过扩张状态观测器实现系统解耦,简化控制流程,提升系统抗干扰能力;在此基础上,并入准谐振控制器对正弦周期性振动进行抑制。与传统方法相比,该方法控制结构简单,所需整定参数较少。仿真与实验结果表明,所提方法可以有效降低转子位移振动幅值,系统内常见的1、3、5倍频周期性振动得到显著抑制,具有良好的振动抑制效果。
2024 Vol. 43 (13): 227-236 [摘要] ( 12 ) HTML (1 KB)  PDF (2456 KB)  ( 3 )
237 基于路面激励预瞄范围切换的主动悬架滑模控制
>寇发荣,陈奕晓,张新乾,王倩磊,刘朋涛
针对不同行驶工况下悬架控制力与实际路面激励反馈的不匹配问题,提出一种切换路面激励预瞄范围的主动悬架滑模控制方法。搭建由激光雷达、惯性测量单元和GPS (Global Positioning System) 组成的路面预瞄系统,采集原始路面信息并完成数据坐标转换;建立车轮运动轨迹数学模型,根据该数学模型设计了预瞄范围切换的路面激励识别方法;以理想天棚模型为参考模型,设计主动悬架滑模控制器;仿真分析了直线工况和转向工况下的悬架动态性能。仿真结果表明,直线工况下,预瞄范围切换的主动悬架与预瞄范围固定的主动悬架系统动态性能一致;转向工况下,相比于预瞄范围固定的悬架,预瞄范围切换的悬架系统在簧载质量加速度均方根值和轮胎动载荷均方根值分别降低了8.42%和8.76%,验证了所提出控制方法对悬架动态性能提升的有效性。
2024 Vol. 43 (13): 237-247 [摘要] ( 9 ) HTML (1 KB)  PDF (3478 KB)  ( 4 )
248 基于Hertz模型的海洋立管束碰撞力计算方法研究
>徐万海,李航,贺子琪
立管是海洋油气开采的关键设备之一,其在流致振动作用下,相邻立管可能会发生振动碰撞损伤。本文基于Hertz模型,针对不同夹角下的两根立管碰撞的碰撞力计算开展研究。借助有限元方法探讨海洋立管局部碰撞过程,立管的直径选取为工程应用较为广泛的12英寸,截取长度基于相关碰撞参与长度来确定,径厚比范围为16~60,分别设置立管碰撞时的速度为0.25m/s、1.5m/s、2.4m/s和3m/s,分析两根立管夹角和立管径厚比等对于Hertz模型计算精度的影响。研究发现:两根立管夹角越小和径厚比越小,Hertz模型得到的碰撞力误差越大;通过在Hertz模型中添加与径厚比相关的系数,对Hertz模型进行了修正,最终得到了关于立管束碰撞力的精确计算方法。
2024 Vol. 43 (13): 248-253 [摘要] ( 8 ) HTML (1 KB)  PDF (1472 KB)  ( 6 )
254 基于KF-LSTM的轮轴横向力间接测量方法研究
>孙昭意,陈建政,吴越,谢清林
轮轴横向力作为评价列车运行安全性的重要指标,对其进行服役状态下的在线监测尤为重要。本文结合卡尔曼滤波和长短时记忆网络算法(Kalman Filter & Long Short-Term Memory,KF-LSTM)发展了轮轴横向力间接测量模型。首先利用17自由度车辆横向动力学方程建立卡尔曼滤波算法的过程和观测方程,其次构建最优观测变量集进行间接测量,然后采用长短时记忆网络算法对列车测量效果较差位置处的横向力测量公式进行修正补偿,通过数值仿真与现场试验证明了提出KF-LSTM模型的有效性。结果表明:基于KF-LSTM方法可准确测量0~20 Hz频域范围内轮轴横向力,仿真线路中轮轴横向力序列预测值与仿真真实值的相关系数约0.85,平均绝对误差值约4.82 kN;现场试验中轮轴横向力序列预测值与测力轮对实测值的相关系数约0.84,平均绝对误差值约2.99 kN,并依据该测量方法设置该车辆在该条线路运行时轮轴横向力的预警标准,为工程设计和实践提供依据。
2024 Vol. 43 (13): 254-267 [摘要] ( 15 ) HTML (1 KB)  PDF (4829 KB)  ( 3 )
268 任意边界条件下弹性背腔膜式消声器声学特性分析
>袁苏伟1,侯九霄1,朱海潮1,廖金龙2
弹性背腔膜式消声器由弹性背腔以及弹性内膜组成,通过声场与弹性内膜及弹性外膜的耦合作用,降低消声器下游的透射声能,在低频具有较好的宽带消声效果。为求解任意边界条件下的弹性背腔膜式消声器的传递损失,本文基于能量原理,建立了弹性背腔膜式消声器的声振耦合模型。采用边界弹簧约束来实现弹性膜的任意边界条件,进而分析边界约束对传递损失特性的影响。结果表明,理论计算结果与有限元结果吻合良好;结构边界约束对系统声学特性影响显著,增强外膜边界约束,能获得低频宽带消声效果;减弱内膜边界约束,能使最低消声频率向低频移动。
2024 Vol. 43 (13): 268-274 [摘要] ( 9 ) HTML (1 KB)  PDF (2320 KB)  ( 3 )
275 基于ICEEMDAN-多尺度排列熵的拆除爆破振动信号降噪研究
>康怡泽1,2,姚颖康1,2,董润龙1,2,贾永胜1,2,3,谢全民1,2
由于工程环境、炸药爆炸等因素影响,实测建(构)筑物爆破拆除所产生的低频振动信号常受到噪声干扰。提出改进的自适应噪声完全集合经验模态分解(Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, ICEEMDAN)与多尺度排列熵联合的降噪算法,并运用皮尔逊系数、信噪比和均方误差来验证所用算法的可行性。对实测拆除爆破塌落触地振动信号进行降噪处理,通过频谱分析以及各类指标对比表明,该联合降噪方法能够有效降低拆除爆破振动信号中的噪声,并且对信号的低频能量影响较小,降噪效果显著,为拆除爆破振动信号分析和处理提供了一种新的有效的方法。
2024 Vol. 43 (13): 275-287 [摘要] ( 24 ) HTML (1 KB)  PDF (6283 KB)  ( 9 )
288 随机车载激励下大跨度悬索桥中央扣振动控制研究
>赵越1,黄平明2,3,付樱姿1,袁阳光4,苏波同1
大跨度悬索桥车流荷载作用下振动响应明显,关键构件疲劳损坏直接影响结构服役状态及运营安全。为改善大跨度悬索桥结构振动响应,本文基于有限元模拟对柔性中央扣及刚性中央扣振动控制效应开展研究,分析了中央扣对结构模态特性影响,并基于考虑参数相关性及车流参数聚类特征的随机车流模拟方法,分析了车流荷载下的中央扣振动控制效应及其对吊索钢丝寿命影响。研究结果表明:中央扣主要对悬索桥的反对称竖弯频率及一阶扭转频率存在影响,随着柔性中央扣数量的增加结构振动频率有所提升,刚性扣的提升效果与三柔性中央扣接近。车流作用下中央扣可显著减小梁端位移、梁端累计位移及缆梁相对位移,随柔性中央扣数目的增加,控制效率有所提升但提升效果逐渐减小。刚性中央扣对梁端位移及梁端累计位移的控制效果与三柔性扣索接近,其对缆梁相对位移的控制效果好于柔性中央扣。吊索钢丝的疲劳寿命与弯曲应力响应的变化趋势一致,长吊索整体弯曲应力水平相对较小,中央扣对其钢丝寿命影响不明显。短吊索钢丝疲劳寿命则大幅提升,但柔性中央扣数量的增加提升效果有限,刚性中央扣提升效果与三柔性扣索接近。
2024 Vol. 43 (13): 288-298 [摘要] ( 19 ) HTML (1 KB)  PDF (3941 KB)  ( 11 )
299 纤维增强复合材料缠绕管桩弯曲冲击吸能试验与模拟
>姚昱,方海,祝露,朱俊羽
纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer, FRP)具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性、灵活的可设计性等优点。为解决桥梁防船撞难题,提出一种缠绕成型的FRP管桩抵御船舶撞击。分别改变管桩的壁厚、缠绕角度和冲击能量,开展弯曲冲击试验,对比分析各试件的破坏模式、动力时程响应及撞击过程中能量耗散情况。结果表明,纤维缠绕角度会改变试件的破坏模式,±75°缠绕角度的试件发生了剪切破坏,而±45°缠绕角度的试件仅在冲击区域发生局部破坏,且能恢复变形;增大壁厚能有效减小试件变形,但撞击力峰值会随之增大。采用ANSYS/LS-DYNA建立了冲击试验模型并进行有限元分析,数值模拟结果与试验值吻合较好。
2024 Vol. 43 (13): 299-305 [摘要] ( 18 ) HTML (1 KB)  PDF (2916 KB)  ( 8 )
306 特征紊流对桥梁断面抖振力贡献的力谱移植法
>周豪威,张志田
为研究特征紊流对钝体断面抖振力的贡献,以双边肋桥梁断面为例,基于CFD数值模拟计算了均匀流场以及四种不同紊流场中的气动力,研究了不同风场条件下特征紊流对气动力的影响。提出特征紊流气动力谱移植法,得到考虑特征紊流影响的准定常理论气动升力谱。在此基础上,以节段模型为例对比研究了特征紊流对抖振响应的贡献。结果表明,特征紊流会使得气动力谱呈现出不同影响程度的波峰,造成的抖振响应高于准定常理论值;随着风场中紊流度的增大,特征紊流效应逐步减弱直至最后消失。
2024 Vol. 43 (13): 306-314 [摘要] ( 9 ) HTML (1 KB)  PDF (3397 KB)  ( 1 )
315 含故障的直齿圆柱齿轮动力学建模、修正及实验验证
>张保强,汪鑫,颜伟杰,罗华耿
针对实验模拟直齿圆柱齿轮不同失效类型及不同失效程度高成本和难度大的问题。本文应用集中参数法建立直齿圆柱齿轮的弯-扭耦合振动分析模型,运用能量法计算时变啮合刚度,研究了裂纹、点蚀等不同失效形式对齿轮副时变啮合刚度的影响规律,随后通过系统模型修正方法,修正动力学模型中的系统参数,以建立与实际系统较吻合的动力学模型。通过修正后的直齿圆柱齿轮数值算例,揭示了不同失效类型及失效程度的时域、频域特征响应规律。对实验振动信号分析,验证了含故障的直齿圆柱齿轮动力学模型的准确性。结果表明,该模型可以准确识别直齿圆柱齿轮多种齿轮失效类型,为直齿圆柱齿轮系统的故障诊断数据库建立提供了数据支撑。
2024 Vol. 43 (13): 315-323 [摘要] ( 30 ) HTML (1 KB)  PDF (3038 KB)  ( 6 )
324 直升机尾传动轴弹击损伤数值模拟研究
>未雷1,林瑶洁1,吴汪箭1,陈蔚芳1,王希2,朱如鹏1,王旦1
面向直升机尾传动轴抗弹击设计,开展了不同因素影响下尾传动轴弹击损伤规律数值模拟研究。基于有限元仿真软件建立了尾传动轴弹击损伤数值仿真模型,并通过弹击试验验证模型的可靠性。进而基于经验证的数值仿真模型,分析了偏移量和入射角两个典型参数对尾传动轴弹击损伤的影响规律。分析结果表明:尾传动轴弹击损伤程度随着子弹偏移量及入射角的增大,呈现先增大后减小的趋势,在切边位置、入射角为75°工况下尾传动轴弹击损伤最为严重。在此基础上,进一步研究了摩擦系数、子弹入射速度、尾传动轴转速、子弹偏航角四个弹靶参数对尾传动轴弹击损伤的影响规律。研究结果表明:摩擦系数对尾传动轴弹击损伤影响较小,尾传动轴转速、子弹入射速度和子弹偏航角均对尾传动轴弹击损伤有较大影响。
2024 Vol. 43 (13): 324-332 [摘要] ( 21 ) HTML (1 KB)  PDF (2879 KB)  ( 11 )
333 基于模态重分析的GFEM模型突风响应计算
>肖宇1,刘景光1,邬旭辉1,常亮2
基于模态重分析技术,提出一种适合全局有限元模型(GFEM)的突风动响应高效计算方法。针对模型局部结构重量或刚度的细微变化,进行增量建模,充分利用现有构型结果,避免了传统分析中重复计算的步骤。对于质量阵的变化,以已有构型模态向量为初始向量,通过迭代分析进行特征值求解,针对刚度阵的微小变化,特别引入Sherman-Morrison-Woodbury公式,实现刚度逆矩阵的增量分析,从而克服了大规模GFEM模型的特征值求解效率低的问题,最终建立了一套适合于工程应用的GFEM突风高效动响应分析方法。采用GTA模型进行了突风分析算法的验证,在此基础上,基于某模型机翼,对模态重分析算法在突风动响应分析中的应用进行了研究。结果表明,通过LU分解可避免保存稠密形式的刚度逆矩阵,通过合理的松弛因子和收敛阈值,可有效提升计算效率。
2024 Vol. 43 (13): 333-340 [摘要] ( 16 ) HTML (1 KB)  PDF (2000 KB)  ( 7 )
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