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文章快速检索     高级检索 2024年 43卷 12期 刊出日期：2024-06-28 论文        论文 1 半封闭式车站列车风压极值分布规律研究 >郑华冬1,2，郑浩东1,2，王贞1,2，谢伟平1,2，吴斌1,2 为了研究半封闭式车站内风压极值的分布规律，对高速列车通过高铁站时引起的列车风压进行数值模拟，并通过现场实测数据验证数值模型的准确性。基于验证的数值模型，研究列车分别以250km/h、300km/h和350km/h通过高铁站时，两个典型区域（临近站台区Ⅰ、远离站台区Ⅱ）的风压（头波尾波的正压和负压）极值分布规律，并提出相应的风压极值经验公式。研究结果表明：风压极值与列车速度之间呈非线性关系；相同的车速下，区域Ⅰ和区域Ⅱ内列车风压极值随着水平距离的增加呈指数函数形式衰减，而衰减的速度与高度成反比；当水平距离小于15m时，相同高度下区域Ⅰ的头波正压极值总是比区域Ⅱ的大，而区域Ⅰ的头波负压极值的绝对值又总比区域Ⅱ的小；当水平距离超过15m时，车站内的风压极值逐渐趋于稳定，并且区域Ⅰ内趋于稳定的风压极值要强于区域Ⅱ；所提经验公式能够较为准确的描述半封闭式高铁站内列车风压极值分布规律。研究成果可为半封闭式车站的结构设计提供参考。 2024 Vol. 43 (12): 1-8 [摘要] ( 12 ) HTML (1 KB)  PDF (2399 KB)  ( 1 ) 9 高速铁路接触网弹性吊索疲劳仿真研究 >刘继冬，陈俊卿，关金发，韩峰，吴积钦 为研究弹性吊索的服役状态与疲劳寿命，对高铁接触网出现的弹性吊索断线现象进行调研并开展疲劳研究。基于武广高铁的线路设计参数构建了弓网动态仿真模型，对300km/h速度下的弹性吊索振动状态进行分析。由于受电弓运行通过时对接触悬挂的抬升作用，弹性吊索主要沿竖直方向振动，并在线夹位置不断承受交变弯曲载荷。在UG中建立了弹性吊索绞线（1×7）及其线夹的实体模型并将其导入到LS-DYNA中进行了应力载荷计算；其应力集中位置位于弹性吊索与其线夹连接处。将应力历程数据导入到ANSYS nCode DesignLife中分析弹性吊索在指定载荷下的疲劳寿命。最后，根据Miner累积损伤原则计算了300km/h速度下武广高铁弹性吊索的疲劳寿命为4.58×106弓架次；运行速度增加至350km/h，疲劳寿命为1.17×106弓架次；速度增加至400km/h，疲劳寿命为4.80×105弓架次。 2024 Vol. 43 (12): 9-16 [摘要] ( 8 ) HTML (1 KB)  PDF (2154 KB)  ( 1 ) 17 转子运动条件下光纤光栅的扫描光谱特性及测温误差研究 >陈思彤1，黄俊斌1，刘文1，李哲宇2，顾宏灿1，姚高飞1 针对基于空间耦合传输方法的电机转子温度监测系统，采用光纤光栅的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合传输理论，建立了转子运动条件下光纤光栅（fiber Bragg grating，FBG）的扫描光谱模型，首先研究了扫描光谱的畸变规律及各算法的寻峰效果，结果表明：转子的涡动导致FBG扫描光谱的反射峰发生偏移、3dB带宽减小，随着耦合损耗与原始反射峰之间的相位差发生变化，中心波长的最大扫描误差以类似正弦函数的规律发生变化，新反射峰位置由耦合损耗变化速率、FBG原始反射率及其变化速率之间的限定关系决定。协调解调仪扫描速率与转子涡动频率之间的数值关系是减轻光谱畸变的主要方法；此外，相比于半峰法和多种拟合型算法，质心法通过提取畸变光谱的重心也明显地减小了中心波长的扫描误差。然后，通过理论和试验研究了转子涡动频率与解调仪扫描频率对系统测温误差产生的影响，结果表明：随着耦合损耗周期与光谱扫描时间之比（q值）的增加，系统的最大测温误差先剧烈地减小、然后缓慢减小至稳定，令q>10是确保系统的测温误差及其波动较小的最低条件；对于转速小于200000rpm的转子（涡动频率小于1667Hz），当转子径向振动的幅值小于200μm、轴心轨迹的轴比小于3、轴心线偏转的角度小于0.1°时，采用扫描频率大于760Hz的解调仪和质心寻峰法可以保证涡动引起的测温误差小于0.3℃，为转子测温系统的实际应用及测温误差的预估提供了依据。 2024 Vol. 43 (12): 17-29 [摘要] ( 5 ) HTML (1 KB)  PDF (2747 KB)  ( 1 ) 30 气举用脉冲进气自激振荡空气喷嘴数值模拟与实验研究 >唐川林1,2,3，梁晶晶2，胡东1,2，杨凤玲1,2，程宏贵3 气举（气力泵）广泛应用在海洋采矿、钻孔水力开采、深水清淤等场合，越来越引起用户的重视。国内外学者对提升气举效率作了不少探索性研究，提出了脉冲进气是有效提升气举效率的途径之一，据此，提出一种亥姆赫兹式(Helmholtz)空气喷嘴，通过此喷嘴产生脉冲射流作为气举的进气方式，达到改善气举性能的目的。依据波涡理论，分析了自激振荡脉冲射流的产生机理；运用Fluent软件，对自激振荡空气喷嘴内流场进行了数值模拟，基于仿真结果进行实验研究。研究表明：结构参数和运行参数对射流特性影响显著。在入口压力为3bar，腔长L=64mm，频率为8Hz，压力脉动波动差值和幅值最大，产生的空气脉冲射流最显著；幅值随腔长的增大先上升后下降。数值模拟与实验结果一致。研究成果可为空气脉冲射流与气举一体化的工程应用提供参考，具有较高的工程应用价值。 2024 Vol. 43 (12): 30-45 [摘要] ( 4 ) HTML (1 KB)  PDF (1901 KB)  ( 1 ) 36 长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响 >杨柯，王博，祝超，刘伯权，李红 长周期地震动因含有丰富的低频成分易使（超）高层建筑等长周期结构发生严重震害。SRC框架-RC核心筒混合结构作为广泛应用于高烈度区的双重抗侧力结构体系，确保其强震下的协同工作是实现多道抗震防线，形成合理破坏模式的关键。本文通过与普通地震动对比，阐明了远场长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响规律，并基于谐振激励下的结构动力分析模型及经验模态分解初步揭示了其内在机理。算例分析结果表明：受低频特性影响，远场长周期地震动作用下结构框架剪力分担率与底层倾覆力矩占比明显大于普通地震动，最大框架剪力分担率所在楼层与普通地震动相比出现下移，且当峰值加速度（PGA）增至400 gal时，SRC框架中下部楼层剪力分担率超过40%，底部倾覆力矩占比超过70%，按照现行规范设计的SRC框架将难以保证远场长周期地震动作用下结构的抗震安全；激励频率对于SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响与振型参与方式有关，低频激励（周期为0.5~2.0倍结构基本周期）下结构响应主要受低阶振型主导；远场长周期地震动的卓越分量是导致框架剪力分担率增大的原因。 2024 Vol. 43 (12): 36-45 [摘要] ( 5 ) HTML (1 KB)  PDF (3108 KB)  ( 2 ) 46 基于COMSOL的非饱和土中单桩垂直动力特性研究 >叶梓1,2，陈永辉1,2，孔纲强1,2，陈庚1,2，徐洁1,2，胡楠1,2 地下水位线往往决定了浅层地表存在大量的非饱和土，其动力特性与饱和介质或单相介质相比存在明显的差异，而这部分非饱和土常常是与单桩接触的主要材料，对单桩的动力行为影响显著。本文考虑动力受荷单桩周边土体的非饱和特性，基于非饱和多孔弹性介质的波动方程、单桩运动方程与边界条件，利用多物理仿真软件COMSOL中的偏微分方程（Partial Differential Equation， PDE）模块构建了非饱和土与单桩动力相互作用的数学模型，并考虑土的成层性、横观各向同性和纵向非均质性。在与现有文献对比验证COMSOL模型正确性后，设计多组数值算例，讨论土体饱和度、地层非均质性等因素对单桩垂直动力阻抗的影响。 2024 Vol. 43 (12): 46-52 [摘要] ( 5 ) HTML (1 KB)  PDF (1243 KB)  ( 1 ) 53 时域动载荷作用下多微结构多尺度并行动力学拓扑优化 >江旭东1，吴昊1，滕晓艳2，熊冶平3 采用拓扑优化方法对含多种多孔材料的结构进行结构与材料微结构构型一体化设计，可以获得具有优良力学性能的结构设计。本文面向多晶胞双尺度结构的时域动刚度最优设计问题，考虑不同晶胞间的可连接性，并行设计微结构的构型及其宏观布局。首先，引入双Helmholtz平滑-分块投影方案，识别不同多孔材料的宏观结构域。其次，通过均匀化方法计算多孔材料的宏观等效力学性能，利用有序SIMP方法优化不同微观结构的宏观布局。同时，为了保证不同晶胞间的可连接性，在不同多孔材料微结构的边界区域设置为相同拓扑描述的可设计连接域。然后，基于先离散-后微分的伴随敏度分析方法，实现了时空离散动力系统的一致性敏度计算。最后，以双尺度结构动柔度最小化为目标，以材料用量为约束条件，提出了时域动载荷作用下多微结构多尺度并行动力学拓扑优化方法。数值算例结果表明，提出的优化方法能够实现多晶胞结构的构型与宏观布局设计，充分提高了多孔结构的承载性能，同时保证不同晶胞之间的几何连续性，研究结果可为高承载多孔材料结构设计提供理论参考。 2024 Vol. 43 (12): 53-64 [摘要] ( 6 ) HTML (1 KB)  PDF (2583 KB)  ( 3 ) 65 柔性声学超材料及其低频消声特性 >陈桂涛1，李营2，陈创1，张晏晴1，吕海峰1 为实现高速飞车舱内低频噪声控制，提出了一种基于Helmholtz共振效应的柔性声学超材料。通过理论分析Helmholtz腔的消声机理，利用COMSOL软件对比分析腔体单元、阵列结构的消声特性；通过声固耦合模块模拟柔性超材料的消声性能。参数化的研究了柔性声学超材料共振频率的变化规律，并分析了柔性超材料在不同变形程度下的消声特性。提出分部拔模的浇注工艺制备了柔性声学超材料样件，利用四传感器的测试原理测量样件的传递损失。研究结果表明，柔性声学超材料的测试、仿真结果均在300Hz处存在一个传递损失峰，表现出了低于理论模型的Helmholtz共振频率及良好的低频噪声控制效果，同时柔性材料可避免因惯性对安装环境造成冲击，适用于曲面环境，在工程领域具有较好的应用前景。 2024 Vol. 43 (12): 65-71 [摘要] ( 6 ) HTML (1 KB)  PDF (1807 KB)  ( 7 ) 72 一种非对称特性约束的碰撞振动系统的动力学分析 >张柏林1，李险峰1，张惠2，马国峰2 本文研究了一种具有非对称约束的单自由度非对称碰撞振动系统。在对系统进行无量纲化建模处理后分析了系统的n-1-1周期运动的存在条件。在此基础之上推导了系统在n-1-1周期运动的情况下的Jacobi矩阵，利用参数状态空间联合仿真的方法分析了系统在参数平面(ω,δ)下系统的转迁规律以及变化参数ω时的动力学行为。提出了一种参数空间变化下探索吸引子共存现象的新方法，并分析了系统在状态空间下吸引子的演化趋势。 2024 Vol. 43 (12): 72-79 [摘要] ( 10 ) HTML (1 KB)  PDF (1976 KB)  ( 5 ) 80 双幅∏型叠合梁桥涡振特性的试验研究 >秦川1，周强1,2，武维宏3，徐明阳1，李明水1,2，张春明3 采用弹簧悬挂节段模型风洞试验，研究了不同间距比和来流风攻角下双幅Π型叠合梁桥的涡振性能。通过对上、下游断面的涡振振幅、锁定区间、相位差等特性的详细分析，探究了双幅Π型叠合梁的涡振特性。结果表明：在各个攻角（α = ±5°，±3°，0°）和间距比（L/D = 6~8）下，双幅Π型叠合梁下游断面的涡振振幅因气动干扰的作用而被显著放大，而上游受干扰较小，其振幅较之单幅Π型叠合梁略小或接近。上下游断面的涡振风速锁定区间以及涡脱频率几乎不受气动干扰效应的影响，与单幅桥基本一致，然而上下游断面间的涡振存在显著的振动相位差，且其值随着振幅和风速的增大呈近似线性减小趋势。此外，与单幅Π型叠合梁涡振性能最不利发生在负攻角的特性不同，双幅Π型叠合梁的涡振振幅在正攻角下较大，导致其涡振最不利攻角发生在 α = +5°。本文研究结果可为类似双幅桥梁的抗风设计提供有益参考。 2024 Vol. 43 (12): 80-87 [摘要] ( 5 ) HTML (1 KB)  PDF (2611 KB)  ( 1 ) 88 高速冲击加载下碳纤维复合材料层合结构抗侵彻特性及响应机理 >蔡宣明1，潘成龙2，郭安肖1，张迅1，高玉波1，范志强1 碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，CFRP）层合结构在高冲击服役环境中常遭受外来物体冲击作用，使之出现一些不可预测的各种损伤形式，甚至会出现不可控的损伤模式。为确保这些结构的安全性和可靠性，对碳纤维复合材料层合结构抗冲击响应及防护机理展开了研究。以碳纤维复合材料层合结构作为研究对象，基于一级轻气炮构建高速冲击加载试验装置，探明了碳纤维复合材料层合结构能量吸收特性与冲击能量之间的联系规律，结合弹道极限方程，确定了其弹道极限，并明确了不同冲击速度作用下的损伤模式。同时引入内聚力单元进行数值模拟仿真研究，探明了碳纤维复合材料层合结构层与层之间内聚力单元的损伤模式，揭示了其在高速冲击加载环境下的损伤机制。研究结果为反向设计适用于高速冲击加载环境复合材料层合结构提供理论依据。 2024 Vol. 43 (12): 88-96 [摘要] ( 11 ) HTML (1 KB)  PDF (2230 KB)  ( 3 ) 97 冲击荷载作用下钢管再生混凝土柱损伤评估分析 >陈华艳1，刘用滨1，罗才松1，黄建忠1，许力1，付朝江1，祁皑2 为研究钢管再生混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤，进行了16根钢管再生混凝土柱的落锤冲击试验。在试验的基础上建立了钢管再生混凝土柱的有限元模型，分析不同冲击速度、冲击质量、截面含钢率对钢管再生混凝土柱损伤程度的影响。通过控制冲击质量与冲击速度，基于损伤因子ds和弹塑性转角θ，划分损伤评估等级，拟合钢管再生混凝土柱损伤评估曲线。结果表明：建立的有限元模型能很好地吻合落锤冲击实验的结果，最大误差不超过10%；冲击过程中跨中挠度峰值出现时间远远滞后于冲击力峰值出现的时间，冲量是动量的1.23倍；随着冲击速度的增加，跨中挠度呈抛物线形的增长趋势，冲击质量增加对冲击力峰值影响较小，但对跨中挠度有较大影响，随着截面含钢率的增加，构件的耗能几乎稳定在90%附近；从损伤曲线图可以快速判断钢管再生混凝土柱的整体损伤情况及局部损伤情况。 2024 Vol. 43 (12): 97-108 [摘要] ( 6 ) HTML (1 KB)  PDF (3988 KB)  ( 1 ) 109 平纹编织复合材料加筋壁板低速冲击及冲击后压缩性能多尺度分析 >王维韩1，侯玉亮1，赵巧莉2，刘雨桐3，李成1 本文通过构建平纹编织复合材料（Plain Woven Composites，PWC）的微/细/宏观多尺度模型，对复合材料T型和工型加筋壁板的低速冲击（Low-velocity Impact，LVI）和冲击后压缩（Compression After Impact，CAI）性能进行分析。根据PWC内部结构特征，构建微观和细观代表性体积单元（Representative Volume Element，RVE）模型，通过施加不同的载荷条件，预测其等效力学参数。同时，基于局部均匀化方法，将细观RVE模型转化为包含0°和90°子胞的等效交叉层合板（Equivalent Cross-ply Laminate，ECPL）胞元。通过ECPL胞元建立PWC加筋壁板的宏观分析模型，并进行LVI和CAI性能分析。首先进行了能量为8 J、10 J和12 J的LVI试验和多尺度模拟，研究了PWC加筋壁板在LVI载荷下的力学行为。随后，对不同能量冲击后的加筋壁板进行CAI试验和数值模拟，研究其冲击后压缩剩余力学性能和损伤行为。最后，通过对比分析不同能量冲击下的LVI和CAI试验和预测结果，发现多尺度模型对加筋壁板力学性能的预测误差均小于6%，验证了该多尺度模型的有效性。试验和预测结果表明，在CAI载荷作用下，PWC加筋壁板的蒙皮部分沿着冲击损伤的位置发生完全断裂，其中，纤维断裂和层间分层成为PWC加筋壁板的主要损伤形式。此外，工型加筋壁板表现出更好的抵抗压缩强度衰减能力。 2024 Vol. 43 (12): 109-117 [摘要] ( 8 ) HTML (1 KB)  PDF (2815 KB)  ( 2 ) 118 压弯扭作用下新型承插装配式桥墩的抗震性能 >夏樟华1，谢君1，范千1，陈金盛2，林元铮3 为明确并提升承插式拼装桥墩抵抗压弯扭等复合荷载的能力，提出了一种结合灌浆套筒和承插口组合连接的新型承插装配式墩，通过复合荷载作用下的拟静力试验对比了现浇（reinforced concrete，RC）、灌浆套筒（grouting and sleeve，GS）、承插口（socket with ultra-high performance concrete，SU）和结合套筒连接钢筋的新型承插（grouting sleeve and socket with ultra-high performance concrete，GSU）连接拼装桥墩的损伤机理和滞回性能，结合有限元模型重点讨论了承插口深度对滞回性能的影响。结果表明，四个构件的破坏模式都是以受弯破坏为主的弯扭破坏，其中 SU构件出现了轻微拔起的现象，而对应的GSU构件并未出现该现象，与RC构件接近。各构件的剪力-墩顶位移骨架发展趋势比较一致，由于GSU构件纵向钢筋连续，具有更好的整体性能，其抗弯承载力与RC构件接近，且明显大于SU和GS构件，四个构件弯曲滞回耗能较为接近。承插口深度为1.0倍截面宽度的GSU构件抗扭承载力略高于RC构件，且明显大于其余装配式墩，GSU构件的扭转刚度、延性系数和耗能能力均大于其它三个墩。当承插口深度采用0.5倍构件截面宽度时，新型承插GSU构件的抗弯和抗扭承载力均略高于整体现浇构件，具有良好的抵抗压弯扭荷载的能力，可以实现浅承插口连接。研究结果可为压弯扭复合作用下装配式墩的应用提供实验依据。 2024 Vol. 43 (12): 118-130 [摘要] ( 3 ) HTML (1 KB)  PDF (5094 KB)  ( 1 ) 131 旋转单元型打孔超结构设计及减振性能研究 >闫仕光1,2，李盈利1,3，殷国辉1，姚松1 针对高速列车地板减振需求，设计了一类具有旋转单元特征的打孔弹性超结构，包括交错矩形孔四边形单元、十字矩形孔四边形单元、多边形孔三角形单元。利用Bloch理论和数值数值分析分析方法研究了元胞的带隙形成机理和参数对带隙的调控规律，探究打孔弹性超结构的低频和宽带减振应用可行性。接着，根据超结构元胞带隙分析结果建立了交错矩形孔四边形单元、十字矩形孔四边形单元、转角45度内凹多边形孔三角形单元超结构三种三维块状有限周期超结构，分析评估并改进减振块的承载性能，计算其振动传输响应。结合减振特性数值分析结果，确定最优减振块几何拓扑构型，并通过3D打印制备超结构样件，进行振动试验测试。结果表明：使用TPU材料时，提出的超结构减振块均满足承载和强度要求。其中，多边形孔三角形单元超结构为最优构型，其在0-5000Hz频率内衰减范围占比达66.9%。通过振动试验发现，相比于现有动车组减振器，多边形孔三角形单元超结构的衰减范围频率更宽，衰减幅值更大在-15dB以上，减振效果更优，具有列车地板潜在的应用前景。 2024 Vol. 43 (12): 131-139 [摘要] ( 3 ) HTML (1 KB)  PDF (2040 KB)  ( 1 ) 140 移动荷载下考虑钢筋作用的混凝土裂缝梁动力响应分析 >李慧乐1,2，严欢2，吴刚1,2 由于钢筋的约束作用，混凝土梁裂缝截面的局部柔度与无筋时不同。建立了移动荷载作用下考虑钢筋影响的混凝土裂缝梁动力方程，基于力平衡和钢筋与混凝土的变形协调对裂缝截面的局部柔度进行修正，采用无质量弹簧模拟裂缝，得到计入钢筋作用的裂缝梁自振特性，通过Newmark方法求解控制方程获取钢筋混凝土梁的动力响应。以受移动车辆荷载的简支梁为例，分析不同荷载速度、裂缝深度、裂缝位置、配筋率等条件下的钢筋混凝土裂缝梁响应。研究结果表明，裂缝处钢筋的约束作用可以显著地影响梁的动力响应，计入钢筋提供的刚度后裂缝梁的位移响应总体减小，且随着开裂损伤程度的增加钢筋的影响呈现变大的趋势。移动荷载下裂缝梁的共振现象较无损梁更为不利，考虑钢筋作用后裂缝梁的共振速度有所提高，共振响应则有一定程度的降低。由于钢筋混凝土裂缝梁和无损梁的共振速度存在差异，在某些荷载速度下无损梁的位移响应大于裂缝梁。 2024 Vol. 43 (12): 140-147 [摘要] ( 8 ) HTML (1 KB)  PDF (2788 KB)  ( 3 ) 148 大质量弹丸高速侵彻混凝土质量侵蚀试验研究 >董凯，江坤，王浩，王健，姜春雷，史律 动能弹在高速侵彻混凝土目标时产生的质量侵蚀是引起侵彻效率降低的重要原因，本文中开展了质量约为20kg、直径为100mm的高硬度弹丸以近1.0km/s的速度侵彻C40混凝土的试验研究，对弹丸侵蚀参数和头部卵型段的变化进行了详细的描述，并对大质量弹丸的侵蚀机理进行了分析，通过计算得到了热熔侵蚀和切削侵蚀的占比。结果表明：侵彻过程中，当不同重量弹丸以相同的初速撞击同等强度混凝土时，弹丸表面压力受弹丸重量影响，当高于某临界速度时，随着弹丸重量的增加而增大。弹丸侵彻混凝土时的质量侵蚀与弹丸重量有关，弹重较小时侵蚀现象更明显。切削侵蚀占比随弹丸硬度提高而降低，提高弹丸材料硬度对降低大质量弹丸的质量侵蚀效果更加明显。 2024 Vol. 43 (12): 148-155 [摘要] ( 4 ) HTML (1 KB)  PDF (1716 KB)  ( 1 ) 156 压电驱动系统迟滞非线性-机械振动复合控制方法 >张萌，刘玉为，张松林，刘时成，范鹏举 针对压电驱动系统中普遍存在的非线性及振动问题，提出了一种基于力反馈和输入信号轨迹优化方法的复合控制方法。首先，构建了压电驱动系统的动力学模型，推导了压电驱动器输入电压与力传感器输出电压之间的传递函数。在此基础上，引入积分环节，通过零极点的配置实现了系统阻尼比的主动控制，搭建了力反馈闭环控制系统。对输入信号激振机理进行了溯源分析，提出了基于最小加速度准则的输入信号轨迹优化方法。在此基础上，搭建了压电驱动系统复合控制平台，对控制效果进行了实验验证。实验结果表明，通过复合控制方法50 Hz时的压电驱动系统跟踪误差由9.33%下降为1.87%。与开环位移响应相比，系统跟踪精度提高了约4倍。与仅采用力反馈的闭环控制方法相比，系统跟踪精度提高了约1.6倍。 2024 Vol. 43 (12): 156-165 [摘要] ( 3 ) HTML (1 KB)  PDF (2876 KB)  ( 2 ) 166 弧齿锥齿轮动力特性分析及其神经网络控制 >田亚平，杨江辉，王瑞邦，窦建明，王建勤 针对含间隙锥齿轮系统动力学特性转迁及其控制问题，提出了基于胞元映射理论的参数解域结构和基于径向基函数神经网络的控制方法。采用集中质量法建立了7自由度弧齿锥齿轮动力学模型，基于胞元映射理论构建了频率和负载参数平面，采用伪不动点延续追踪算法求解了系统的分岔、齿面冲击、脱啮、齿背接触和动载特性转迁规律，分析发现频率和齿面冲击是影响周期分岔的主要因素，随负载增大其脱啮、冲击减弱，动载系数增大。针对平面中系统混沌现象，设计了参数反馈控制器、基于Poincaré截面欧氏距离构造适应度函数，用自适应引力搜索算法对控制器参数进行优化，从而实现了系统混沌、拟周期和周期运动向周期轨道有效控制。 2024 Vol. 43 (12): 166-172 [摘要] ( 5 ) HTML (1 KB)  PDF (2082 KB)  ( 3 ) 173 复合材料环支撑圆柱壳结构振动特性分析研究 >何东泽1,2，郭克凡1，蔡瑛3，黄世军1,2，李伟成1,2 本文基于一阶剪切变形理论，结合波动法，构建了不同边界条件下环支撑复合材料圆柱壳结构振动特性分析模型。结合波函数形式为位移变量，对位移比例参数、位移矩阵和力参数矩阵进行设置。通过结合边界条件矩阵，对环支撑条件下复合材料圆柱壳结构的总体控制方程进行推导。通过与现有文献结果进行对比，验证所建立的振动特性分析模型的准确性。开展了相关参数化分析研究，探讨了材料参数、几何参数以及环支撑位置的影响情况。 2024 Vol. 43 (12): 173-180 [摘要] ( 4 ) HTML (1 KB)  PDF (2981 KB)  ( 1 ) 181 高效铣刀后刀面摩擦应力波传播与衰减特性 >赵培轶，欧阳一杰，姜彬，姜宇鹏 高效铣削加工过程中，受高频、断续切削载荷作用，铣刀与工件接触角度、姿态频繁变动，使得刀工界面相对摩擦力及其引起的应力波传播、衰减过程动态变化，导致高效铣削过程摩擦磨损、磨损寿命难以准确识别及预测。构建刀齿误差和铣削振动影响下的铣刀-工件动态接触关系模型，解算铣刀刀齿后刀面摩擦力，根据一维弦线理论，提出刀齿后刀面摩擦应力波传播距离、变化速率与衰减率的解算方法。结果表明，靠近刀尖处应力波峰值和变化速率更大，高效铣刀摩擦应力波衰减过程呈偏态指数型衰减。应力波解算方法的关联度验证结果表明，刀齿后刀面特征点能量与实验累积磨损深度的关联度大于0.8，验证了模型的准确性。 2024 Vol. 43 (12): 181-193 [摘要] ( 3 ) HTML (1 KB)  PDF (3252 KB)  ( 1 ) 194 气液混输管道段塞流泄漏流场特征 >方丽萍1,2，李玉星2，梁金禄1，周雄1 气液混输是油气管道输运的常用技术，与单相管道相比，气液混输管道泄漏时，由于气液相间相互作用，流动情况复杂。所有流型中，段塞流研究最为困难。为了研究气液混输管道段塞流型下泄漏的流场特征，对比单相管道与混输管道泄漏动态压力波的波形特点，基于动网格与UDF（user-defined function）模拟泄漏发生的全过程，分析泄漏过程以及液塞经过泄漏孔口过程的压力、流速、湍流强度变化，得到气液混输间歇流泄漏流场特征。结果表明：与单相管道相比，泄漏方位为上部和中部时，混输管道段塞流泄漏瞬间形成明显的方向向下的动态压力波脉冲，持续泄漏则交替出现多个向上和向下的信号脉冲，且信号的幅值远大于正常流动信号的幅值。泄漏瞬间产生的方向向下的动态压力脉冲是由压力突然下降引起，泄漏瞬间引起的压力变化主要反映在管道压力上，通过管道安装的动态压力传感器可有效反映泄漏瞬间产生的压力变化。液塞到达与离开泄漏位置是影响管道压力波动的主要因素。动网格仿真模拟与实验结合的方法可用于研究气液混输管道段塞流泄漏的流场特征。 2024 Vol. 43 (12): 194-202 [摘要] ( 4 ) HTML (1 KB)  PDF (2970 KB)  ( 1 ) 203 基于高斯混合模型的物流非高斯随机振动损伤分析 >郭涛1，葛长风2，夏斯璇1，殷诚1，林康1，钱静1,3 针对公路运输环境中的振动信号具有明显的非高斯性，提出一种非高斯随机振动疲劳损伤分析方法。为了描述振动信号的幅值概率密度分布，采用移动加速度均方根来代表该段信号的振动强度，并引入高斯混合模型对加速度均方根值进行描述。在此基础上结合Tovo-Benasciutti方法和Dirlik方法推导出非高斯宽带频域疲劳损伤计算方法。最后，以雨流计数法作为参考，对不同峭度的实测振动信号进行疲劳损伤分析，结果表明，与传统频域疲劳损伤计算方法相比较，提出的非高斯疲劳损伤方法具有更高的计算精度。该研究对于运输包装件的随机振动加速试验设计有实际意义。 2024 Vol. 43 (12): 203-211 [摘要] ( 3 ) HTML (1 KB)  PDF (1905 KB)  ( 1 ) 212 全通道有效磁流变减振器的自适应分段准静态建模 >顾三宝，李以农，吴欢，郑玲 全通道有效磁流变减振器(Magnetorheological Damper, MRD)阻尼通道中磁流变液的剪切屈服应力会随位置的变化而变化，在MRD结构设计阶段，常采用准静态模型来表示MRD结构尺寸与阻尼力的关系，并预测减振器的输出阻尼力。传统准静态模型通常假设磁流变液在阻尼通道内的剪切屈服应力处处相等，模型精度低且不符合全通道有效MRD磁路特点。基于上述问题，提出了一种新型自适应分段准静态建模方法，考虑了磁流变液剪切屈服应力随阻尼通道位置的变化关系，对阻尼通道的磁场强度先采用整体低阶拟合，根据设置的误差阈值对低阶拟合结果进行0/1状态划分，再完成分段拟合。以两款不同结构的全通道有效MRD为研究对象，通过电磁有限元仿真分析了全通道有效MRD的磁路特点并建立新型准静态模型，最后通过阻尼特性测试试验，验证了该新型准静态模型的合理性与精度。 2024 Vol. 43 (12): 212-220 [摘要] ( 5 ) HTML (1 KB)  PDF (4360 KB)  ( 1 ) 221 特重冰区特高压直流孤立档导线脱冰动力响应参数预测模型 >张立光1,2，滕宇3，董松昭1,2，王炜1,2，李占岭1,2，高英博3，严波3 特重冰区特高压直流线路导线覆冰设计厚度达60 mm~80 mm，多采用孤立档。本文针对特重冰区特高压直流六分裂导线，建立有限元模型，模拟研究不同档距、高差比、覆冰厚度、脱冰率和风速条件下孤立档导线脱冰动力响应，并分析其响应特征。给出导线冰跳高度包络线、有风情况下导线脱冰后横向摆幅参数和纵向不平衡张力的定义。结合利用数值模拟结果建立的数据集和BP(back propagation)神经网络机器学习算法，建立以档距、高差比、覆冰厚度、脱冰率和风速为输入，导线冰跳高度包络线、最大横向摆幅、最小横向摆幅、脱冰前平衡位置、孤立档两端纵向不平衡张力为输出的预测模型，为特重冰区特高压直流线路塔头设计提供依据。 2024 Vol. 43 (12): 221-231 [摘要] ( 4 ) HTML (1 KB)  PDF (5762 KB)  ( 1 ) 232 变厚度CFRP超声缺陷自动成像的相关性算法研究 >王涛1，邓婉欣2，王海军3，俞慈君1 针对变厚度碳纤维增强聚合物复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）超声缺陷成像工序繁琐的问题，提出了一种基于相关性的自动成像算法。实验预埋夹杂缺陷，使用超声相控阵检测获取数据，首先依据离散序列互相关理论，对不同厚度CFRP的超声A扫描信号进行底波时移处理，之后利用自相关理论从无缺陷区域生成必要的参考信号。通过相关计算结果，利用欧氏距离区分缺陷信号和非缺陷信号，并依据欧式距离进行颜色编码绘图。最后通过基于机器视觉以及Hough圆变换的边缘检测算法来对缺陷尺寸进行统计测量，总体均值误差率小于7%，最大误差率为16.25%，最小误差率为0.25%。结果表明该算法可广泛应用于变厚度CFRP自动化超声检测。 2024 Vol. 43 (12): 232-240 [摘要] ( 3 ) HTML (1 KB)  PDF (2383 KB)  ( 1 ) 241 某小口径火炮弹丸挤进过程动力学特性分析 >王少泉1，李强1，樊江涛1，卫连升1，曲振森2，辛春虹2 为研究某小口径火炮不同坡膛结构下弹丸挤进过程的动力学特性，建立了考虑挤进阻力变化的内弹道方程组并通过vuamp子程序引入到有限元求解中，实现了挤进过程中内弹道计算与弹丸挤进有限元仿真耦合求解。通过对弹丸全膛运动的仿真分析验证了模型的可行性，随后得到并分析不同坡膛锥度、膛线深度及阴线宽度下挤进过程中弹丸的速度、加速度、挤进阻力和膛压曲线及变化影响规律。结果表明，坡膛锥度对挤进过程中弹丸的动力学参数影响不是单调的，而膛线深度及阴线宽度的改变则单调地影响弹丸动力学参数，对优化坡膛结构及弹带设计具有一定的指导意义。 2024 Vol. 43 (12): 241-247 [摘要] ( 4 ) HTML (1 KB)  PDF (1700 KB)  ( 1 ) 248 轨下压电叠堆俘能器安装对车轨系统动力性能的影响 >杜承运1，王建军1，金浩2，汤丽华3 压电俘能技术已经在轨道交通领域受到广泛关注，但目前主要侧重于压电俘能器的结构设计。俘能器的安装会在轨道结构中附加新的装置，可能会对车轨系统动力性能产生一定影响，甚至会威胁行车安全。然而，俘能器的安装对车轨系统动力性能的影响鲜有报道。以轨下压电叠堆俘能器为研究对象，建立了车辆-轨道-俘能器耦合系统的动力分析模型，构建了安装单个或多个俘能器下钢轨和道床的垂向振动方程，采用Matlab编写了新型预测-校正积分法程序，给出了理论解答。通过与已有文献的结果对比，验证了程序的正确性。进一步，探究了采用单个和多个安装方式时俘能器的等效刚度对车轨系统动力性能（钢轨位移、钢轨加速度、扣件力和车体加速度）的影响，并评估了等效刚度与列车舒适度的关系。结果表明，当俘能器等效刚度在0~60×106N/m范围变化时，随着俘能器等效刚度的增加，两种安装方式的最大钢轨位移减小，钢轨加速度减少，车体加速度几乎保持不变，扣件力减小，列车行驶的舒适度呈现微小变化。当俘能器的等效刚度在0~2×106N/m范围选取时，俘能器的安装对车轨系统动力性能影响很小。研究成果为轨下压电叠堆俘能器的设计与安装提供了理论指导。 2024 Vol. 43 (12): 248-259 [摘要] ( 11 ) HTML (1 KB)  PDF (2306 KB)  ( 2 ) 260 磁流变阻尼器建模及阻尼力跟踪控制实验研究 >张记杨1，张泽1，崔龙2，杜昊1 为了提升磁流变阻尼器阻尼力跟踪控制的精度，采用向量加权平均算法（INFO）和贝叶斯非线性回归（BP）网络分别建立阻尼器的正向和逆向动力学模型；构建前馈逆模型与模糊控制反馈相结合的复合控制策略来实现半主动阻尼力跟踪控制。开展实验比较逆模型前馈控制与复合控制策略的跟踪效果以及复合控制策略在各个频率段的跟踪适用性。结果表明，复合控制策略能够达到较好的跟踪效果且比前馈逆模型控制策略的跟踪精度提高了6.4%；复合控制策略在0-7Hz的频率段逼近精度基本在95%以上；在7-10Hz，也能达到85%以上的逼近精度，验证了力跟踪控制算法的有效性。 2024 Vol. 43 (12): 260-265 [摘要] ( 2 ) HTML (1 KB)  PDF (1562 KB)  ( 1 ) 266 橡胶水泥土动剪模量和阻尼比共振柱试验研究 >郭端伟1, 2，何杰1，宋德新3，王忍1，李凤山2 橡胶水泥土作为一种经济环保的耐腐蚀轻质填筑材料，在沿海港口工程及灯塔等基础建设中具有广泛的应用前景。基于共振柱试验，对不同橡胶掺量、水泥掺量和围压下橡胶水泥土动力特性展开研究，重点探究各影响因素对其动剪模量和阻尼比的影响规律。结果表明：固结压力下橡胶水泥土的累计轴向应变随着橡胶掺量和围压的增大而增大，随水泥掺量增大而减小；橡胶水泥土动剪模量曲线衰减程度随橡胶掺量的增加和水泥掺量的减小而减弱，非线性特征减弱，而受围压影响则较小；最大动剪模量随着橡胶掺量的增大而减小，随水泥掺量和围压的增大而增大。当橡胶掺量较低或水泥掺量较高时，其掺量改变对最大动剪模量影响最大；橡胶的掺入减缓了动剪模量衰减幅度，并且在较低围压下促使其更早地发生衰减。而水泥掺量的减小和围压的增大则会推迟衰减，衰减幅度也相对更大；阻尼比随动剪应变的增加而单调递增，增大橡胶掺量和减小围压会使其阻尼比增大，当水泥掺量小于15%时，阻尼比随水泥掺量增加而增大，而当水泥掺量大于15%时，阻尼比反而随之降低。 2024 Vol. 43 (12): 266-275 [摘要] ( 7 ) HTML (1 KB)  PDF (2678 KB)  ( 2 ) 276 基于多尺度知识蒸馏与增量学习的滚动轴承故障诊断方法 >夏逸飞1,2，皋军1，邵星1，王翠香1 为了缓解单任务轴承故障诊断方法在不同工况诊断时产生的灾难性遗忘问题，提出一种基于多尺度知识蒸馏与增量学习(multi-scale knowledge distillation and continual learning, CL-MSKD)的滚动轴承故障诊断方法。以一维卷积神经网络作为CL-MSKD主要框架，余弦归一化层作为多任务共享的分类器，通过标签与特征两个尺度的知识蒸馏实现模型知识的保存与传递。CL-MSKD能够以一个统一结构的网络模型对在不同工况下的轴承故障进行诊断，通过知识压缩方法不断地学习和保存知识，最终缓解增量阶段产生的灾难性遗忘问题，提升跨工况场景下轴承故障诊断性能。实验表明，CL-MSKD能够有效缓解灾难性遗忘并保持良好的诊断效果。在任务环境差异较大的情况下，准确率指标仍能到达97.09%，与其他增量方法相比稳定性更好，精度更高。 2024 Vol. 43 (12): 276-285 [摘要] ( 9 ) HTML (1 KB)  PDF (1584 KB)  ( 2 ) 286 结构动力问题的高阶精确时步群积分方法 >李鸿晶， 杨寅 高阶精确时间积分方法可为与时间相关的高频复杂动力行为提供高精度的预测结果，但既有高阶精确时间积分方法普遍存在计算工作量偏大的问题，难以满足实际结构线性和非线性动力分析日益增长的计算需求。本文提出了一种基于时步群的高阶精确时间积分方法，将p (p≥2) 个相邻的未知时步组成待求解的时步群，以结构动力方程积分解为基础构建逐时步群求解结构动态响应的时间积分方案。在对每个时步群进行积分的过程中，无需联立求解方程，仅通过矩阵乘法运算即可一次性地计算得到时步群内全部p个时步的动态响应。数值特性分析以及线性与非线性算例试验均表明，本文算法精度高、稳定性好、数值耗散可控，在选择较大的时间步距情形下依然能够稳定地获得高精度的计算结果。相较传统二阶精度时间积分方法，本文算法的计算效率亦有较大幅度的提高。 2024 Vol. 43 (12): 286-297 [摘要] ( 6 ) HTML (1 KB)  PDF (2755 KB)  ( 1 ) 298 沉箱码头在空中和水下爆炸作用下的累积毁伤效应研究 > 刘靖晗1,2，唐廷1，韦灼彬1，李凌锋1，董琪3 为了揭示沉箱码头在空中接触爆炸和水下近距离爆炸荷载作用下的累积毁伤效应，对沉箱码头模型开展多类型单次组合爆炸试验，并建立有限元模型对沉箱码头的毁伤过程进行数值模拟，分析了空中、水下单次组合爆炸作用下沉箱码头的毁伤发展和破坏机理。结果表明：空中爆炸和水下爆炸下，沉箱码头呈现出不同的破坏模式，空中接触爆炸下沉箱码头仅上部面板局部破坏，面板爆心位置形成局部破口，而水下近距离爆炸下沉箱和面板均发生明显破坏，沉箱迎爆面中下区域混凝土保护层破碎，面板与管沟连接处形成横向通长裂缝。在空中和水下单次组合爆炸荷载下，沉箱码头上部结构的破坏现象和毁伤程度存在叠加效应，码头面板的二次毁伤在已毁伤形态的基础上发展形成，二次毁伤现象与单次爆炸下的毁伤现象具有一定相似性和累积效应。空中和水下单次组合爆炸作用下，码头面板和管沟连接区域由于应力集中为码头的薄弱部位，沉箱封仓板由于上下填砂的缓冲作用毁伤效应较轻微。 2024 Vol. 43 (12): 298-306 [摘要] ( 6 ) HTML (1 KB)  PDF (2256 KB)  ( 2 ) 307 双层液压式动力反共振隔振器动力学研究 >殷赵民，滕汉东 针对低频隔振问题，基于动力反共振原理设计加工了一种双层液压式动力反共振隔振器。建立了液压式动力反共振隔振器模型，研究了双层液压式隔振器隔振性能和隔振频率的影响因素，加工了液压式隔振器原理样机并进行了扫频试验。研究结果表明，叠加方式能显著影响第二个共振点的位置，进而影响隔振效果；相比于单频动力反共振隔振器，通过叠加而成的双层隔振器可以通过调节参数显著提高隔振性能与隔振带宽。 2024 Vol. 43 (12): 307-311 [摘要] ( 6 ) HTML (1 KB)  PDF (1050 KB)  ( 2 ) 312 考虑应变率效应的高海情运载火箭海上发射动力学特性研究 >王登，邵健帅，励明君，严松, 姜毅, 运载火箭海上发射过程是一个强非线性复杂系统级问题。在海上风浪环境下，运载火箭与框架式发射架之间发生相对运动，适配器与导轨间的多次冲击载荷非线性、不连续，多次冲击速度不同，应对适配器模型的应变率效应进行评估。首先基于聚氨酯泡沫实验数据，得到更为准确的改进唯象宏观模型。分别建立考虑适配器应变率效应和不考虑适配器应变率效应的海上发射系统动力学模型，对高海情下运载火箭海上发射系统动力学特性进行研究。结果表明，应变率效应对运载火箭海上发射过程中适配器与导轨接触载荷影响较大，对运载火箭海上发射滚转运动规律影响显著，将直接影响后续运载火箭海上发射安全性评估及限转装置设计。研究对运载火箭海上发射具有较高工程价值及理论指导意义。 2024 Vol. 43 (12): 312-321 [摘要] ( 35 ) HTML (1 KB)  PDF (2563 KB)  ( 16 ) 322 航空发动机叶片冲击耗散能对机匣包容能力的影响研究 >曹铁男1，杨治中1，王靖元1，燕吉强2，张代军2 面向航空发动机机匣包容精细设计需求，研究飞失过程中叶片耗散能对机匣包容性的影响规律。结合打靶试验及有限元数值仿真，对以TC4靶板为对象的机匣包容原理模拟件进行研究，揭示了机匣包容能力对叶片冲击耗散能的敏感性，验证了数值分析方法的准确性和合理性。基于建立的简化风扇模型，明确了机匣包容不同阶段中叶片—机匣能量转化机制，分析了叶片与机匣碰撞过程中机匣包容能力对叶片材料主要参数的敏感性。结果表明：叶片在冲击、碰撞过程产生的耗散能对机匣包容能力有着明显的影响，在工程设计中可考虑通过改善叶片材料延伸率和硬化系数以及降低弹性模量等途径提升机匣的包容能力。 2024 Vol. 43 (12): 322-330 [摘要] ( 8 ) HTML (1 KB)  PDF (2007 KB)  ( 2 )

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