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2011年 30卷 10期
刊出日期：2011-10-25
论文
论文
1
矩形截面高层建筑气动基底扭矩系数均方根值研究
>顾明;张正维;全涌;熊勇
DOI:
利用高频天平技术，在4种不同风场中对71种不同几何参数的矩形截面高层建筑刚性模型进行了风洞试验，得到了典型风向角下气动基底扭矩系数均方根值，考察了建筑厚宽比、长细比及建筑所处风场类型对气动基底扭矩系数均方根值的影响。不同厚宽比的矩形建筑的气动扭矩的作用不同，试验结果表明厚宽比对气动基底扭矩系数均方根值的影响很大；长细比不同导致的基底扭矩系数均方根值的差异主要是由模型顶部三维流的比重变化引起的，试验结果显示长细比的影响可以忽略不计；风场类型对基底扭矩系数均方根值的影响强弱随厚宽比的变化而变化。基于试验数据，拟合得到了矩形截面高层建筑的气动基底扭矩系数均方根值的经验公式，并对其进行了误差分析。通过与国内外相关研究成果的比较，验证了该拟合公式的精度与合理性，可以为荷载规范的修订和补充提供很好的参考。
2011 Vol. 30 (10): 1-5 [
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6
PolyMAX 模态参数识别算法的快速实现
>孙鑫晖;郝木明;王淮维
DOI:
PolyMAX 是近几年发展起来的宽频带模态参数识别算法，该方法在抗干扰能力、识别密集模态、以及处理大阻尼复杂结构方面具有非常好的特性。通过避免缩减正则方程计算中的矩阵求逆以及乘法运算，实现了该算法的快速实现。最后采用七自由度仿真算例与航空发动机涡轮盘实测算例进行验证。结果表明：快速实现能够在对识别精度影响很小的情况下显著提高参数识别速度。
2011 Vol. 30 (10): 6-8,18 [
摘要
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9
金温线武义江桥列车走行性与行车安全指标研究
>周智辉;张军;秦文孝;曾庆元
DOI:
运用列车脱轨能量随机分析理论分析了金温线武义江桥列车走行性。计算结果表明尽管该桥横向振幅超过《检规》行车安全限值，但列车走行安全性、平稳性与舒适性有保障，在现行行车条件下，不需要对该桥采取加固或限速措施。对比超限桥梁横向振幅与《检规》行车安全限值可知，现有的桥梁横向振幅行车安全限值过于严格。基于列车脱轨能量随机分析理论，提出了铁路桥梁行车安全指标分析方法。具体内容为：确定桥梁跨中横向振幅作为梁墩系统行车安全判别参数，计算找出保证列车安全、平稳及舒适运行的临界梁墩系统，计算出临界梁墩系统跨中横向振幅作为桥梁行车安全限值。算出了金温线武义江32 m 预应力混凝土T形梁桥横向振幅行车安全限值为L/6200，研究成果已被金温铁路公司采纳。
2011 Vol. 30 (10): 9-13 [
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14
非线性振动方程多重解求解方法
>钱征文;程礼;陈卫;李应红
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非线性振动方程多重解的求解过程中，迭代初值难以有效确定，不稳定周期解收敛域很小，利用通常的微分方程解法无法直接求解。针对这个问题，引入同伦算法，使得初始值的选取无任何限制；同时利用预测-校正算法对外激励参数变化下的解曲线进行追踪，得到系统的多重解。该方法不但可以计算稳定的周期解，而且不稳定的周期解也可以求出。采用Duffing振子运动方程对该方法进行了计算验证，通过与理论近似解以及龙格-库塔法计算结果的对比，验证了该方法的有效性。
2011 Vol. 30 (10): 14-18 [
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19
建筑材料特性对GPS监测信号影响规律的试验研究
>伊廷华;张永恒;李宏男;顾明
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为了研究常用建筑材料对GPS监测信号的影响规律，进行了多路径误差的试验研究。建立了一套GPS多路径信号模拟与监测系统，通过在流动站天线不同高度、不同距离处安置具有不同介电常数的木板、PVC板和瓷砖，分别获取了三种材料连续两天的GPS监测数据；将改进的粒子滤波算法用于GPS数据后处理中，通过比较发现，试验结果与GPS多路径信号的仿真结果吻合较好，同一种反射材料在不同距离时引起的多路径误差随着距离的增加而逐渐减小，且在增加相同距离的情况下减小的幅度越来越小；具有不同介电常数的反射材料在相同的距离时引起的多路径误差随着介电常数的增大而增大。
2011 Vol. 30 (10): 19-24，4 [
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25
基于自适应神经模糊的磁流变阻尼器非参数化建模
>郑玲;周忠永
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磁流变阻尼器具有很强的非线性特性，准确描述磁流变阻尼器输入、输出之间的非线性关系，对提高磁流变减振系统的控制精度，保持控制系统稳定性，具有重要意义。针对经典参数化建模存在的大量参数辨识和计算复杂问题，采用自适应神经模糊系统理论，根据磁流变阻尼器实验模型，建立了磁流变阻尼器非参数化模型。它包括两个自适应神经模糊子系统，分别对特定电压下，磁流变阻尼器输入、输出关系以及电压变化导致的阻尼力输出等级进行描述。研究表明：基于自适应神经模糊理论的磁流变阻尼器非参数化模型，能以很高的精度逼近磁流变阻尼器实验模型，真实反映磁流变阻尼器的非线性特性。由于非参数化模型的计算工作量大大减少，有利于实现磁流变减振系统的精确与快速控制。
2011 Vol. 30 (10): 25-29 [
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30
几种典型车辆在斜拉桥桥面行使的临界风速研究
>马 麟;韩万水;刘健新;李加武
DOI:
研究强侧风作用下三种典型汽车在斜拉桥桥面行驶时的临界风速和车速。分析汽车运动方程的随动坐标特性和桥梁的侧向抖振对汽车相对桥面侧偏的影响，得到侧偏位移及速率的计算式，在以往基础上，研究了考虑车辆侧偏和驾驶员行为的风-车-桥空间耦合振动系统，完善了仿真分析程序的功能。以某斜拉桥为实例，分析三种典型车辆在桥面行使的临界风速。分析结果表明：采用控制重心还是前轮侧滑的驾驶员模型不显著影响桥面汽车临界风速的大小；不同类型汽车的事故原因可能不同，对于箱式货车，侧滑事故起控制作用，对于桑塔纳和一汽佳宝，车速高时，侧倾事故起控制作用，低车速时，侧滑事故起控制作用。
2011 Vol. 30 (10): 30-34，4 [
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35
基于自适应蚁群优化的Volterra核辨识算法研究
>李志农;唐高松;肖尧先;邬冠华
DOI:
提出了一种基于自适应蚁群优化(AACO)的Volterra核辨识方法。该方法将蚁群算法应用于Volterra时域核的辨识，并能够随着进化次数的增加，自适应调整基本蚁群算法的参数。同时，与相应的基于蚁群优化(ACO)的Volterra核辨识方法进行了对比分析。仿真结果表明，本文提出的方法与蚁群优化辨识方法不论在无噪声环境下，还是在有噪声干扰下，都能得到很好的辨识精度、收敛稳定性和较强的鲁棒抗噪性能，然而，在收敛速度方面，本文提出的方法优于蚁群优化辨识方法。
2011 Vol. 30 (10): 35-38 [
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39
汽车动力总成悬置耐久性模拟试验研究
>上官文斌;谢新星;丁维;黄兴;徐驰
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探讨了悬置道路模拟实验中频响函数的建立和路谱迭代方法。以某款轿车的发动机液压悬置为研究对象，在试验场采集了悬置的道路载荷谱。通过基于远程控制参数技术（RPC）对发动机悬置道路载荷谱进行了重构，重构的道路载荷谱达到了预期的精度要求。论述了建立悬置路谱模拟试验的总载荷序列的方法。应用文中的方法，在MTS831试验台架上对液压悬置进行了道路模拟耐久性试验，试验结果表明，所采用方法可成功用于悬置耐久性试验。
2011 Vol. 30 (10): 39-44 [
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45
基于独立分量分析与希尔伯特-黄变换的轴承故障特征提取
>唐先广;郭瑜;丁彦春
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滚动轴承早期故障信号具有能量小、频带分布宽等特征，易受到其它能量较大振源信号的干扰。传统的希尔伯特-黄变换（HHT）对信噪比大、多频率调制信号常因不能对其所包含的固有模式函数（IMF）实现准确分离和去除调制干扰分量而失效。本文提出了基于HHT和独立分量分析（ICA）的滚动轴承诊断新方法。该方法首先利用经验模式分解（EMD）将滚动轴承振动信号分解成若干平稳的本征模式函数IMF分量，通过提取若干包含主要信息的IMF分量，应用带通滤波器和Hilbert变换获取IMF分量的高频包络波形，再应用ICA分离包络波形并进行频谱分析，进而判断滚动轴承的运行状况。仿真和试验分析结果验证了本方法的可行性。
2011 Vol. 30 (10): 45-49 [
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50
钢纤维混凝土动态抗拉强度的实验研究
>王林;胡秀章;黄焱龙;李永池
DOI:
基于线弹性和一维应力波假定，采用Φ75mmSHPB对钢纤维体积率Vf分别为0、0.75%和1.50%的三种混凝土材料进行了一维杆层裂实验，考虑了应力波在混凝土材料内传播时的波形弥散效应和应力幅值衰减，通过计算应变片记录的应力信号确定了材料的动态抗拉强度。结果表明，钢纤维混凝土的动态抗拉强度受应变率和钢纤维体积率的影响，本文为测试脆性材料的动态抗拉强度提供了一种有效方法。基于微观扫描技术，对钢纤维增强机理进行了分析。
2011 Vol. 30 (10): 50-53，8 [
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54
斜拉索风雨振非平稳风场特性分析
>何旭辉;陈政清;李春光;方俊
DOI:
基于小波多尺度分析，提取风雨振实测风速、风向的时变平均值，并建立非平稳风速模型。采用非平稳风速模型，分析了洞庭湖大桥2003年4月初风雨振时实测风速紊流强度、积分尺度、脉动风谱和概率密度等重要风场特性，并将结果与传统的平稳风速模型和基于EMD的非平稳风速模型进行比较，进一步验证采用基于小波分析的非平稳风速模型的合理性。同时，根据Davenport相干系数公式，计算了桥塔和桥面风速记录顺风向脉动风分量的相关性。
2011 Vol. 30 (10): 54-60 [
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61
复杂形体超高钢结构电视塔抗震性能分析研究
>李春祥;汪英俊;钟秋云;秦季标
DOI:
宁夏超高钢结构电视塔结构高度216m，桅杆长度104m。建筑体型为底部小、上部大、中部略呈细腰形且设计有三段楼层共计28层的花瓶状形体。楼层不连续分布导致结构质量和侧向刚度沿竖向分布不均匀，结构几何形式复杂，对抗震要求高。
首先，使用ANSYS分析研究结构的动力特性。同时，针对结构固有频率，将ANSYS和SAP2000计算结果进行了比较。结果表明，结构的扭转效应明显，第三和第八阶振型是以扭转为主的振型，结构扭平周期比满足我国规范要求，但数值偏高。接着，分别采用振型分解反应谱法和动力时程法计算多遇地震作用下结构的多维弹性地震响应。数值结果表明，动力时程分析能够更清晰地反映结构桅杆的鞭稍效应。因此，在评估此类复杂形体建筑的抗震性能时，应综合评定反应谱和时程法的计算结果。多维地震作用下结构的变形指标符合国家现行相关规范要求。最后，对结构进行了8度(0.2g)、8度(0.3g)和9度三种设防烈度罕遇地震作用下结构的弹塑性动力时程分析，以检查结构变形指标与塑性发展情况。结果表明，结构变形指标符合国家现行相关规范要求，结构的最危险部位在中部楼层段(细腰段)。
因此，结构满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防要求。通过大量计算分析与比较，综合出了许多有益的结论与建议，为该实际工程或类似工程的抗震设计提供参考依据。此外，本文的计算分析方法对于应用有限元软件计算复杂几何结构具有借鉴价值。
2011 Vol. 30 (10): 61-72,1 [
摘要
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73
密集模态挠性结构振动的自适应逆控制
>王永;姚太克;陈光;
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一般空间大型挠性结构具有模态密集和参数随特殊空间环境变化的特点，给振动控制系统的设计带来严峻的挑战。常规的固定参数控制器，能很好地解决密集模态挠性结构在相当长的一段时间内不发生变化且其模型可以较为准确获取的一类问题，但结构参数变化时控制效果变差甚至系统失稳。为此研究了密集模态挠性结构振动的自适应逆控制，在二维密集模态挠性板振动控制实验系统上，实现了扰动的有效抑制，其控制效果比固定参数控制器要好；当系统结构参数发生变化时，自适应逆控制系统能够自动重新进行在线辨识和控制器参数自适应调整，达到新状态下扰动的有效抑制。
2011 Vol. 30 (10): 73-76，9 [
摘要
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77
高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法研究
>吴从晓;周云;吴从永;邓雪松
DOI:
为了解决高位层间隔震结构中电梯井核心筒剪力墙在隔震层位置需断开的问题，提出一种高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法（PMIT），介绍了其原理、构造、特点。采用ETABS软件对电梯井核心筒结构与外围结构之间布置粘滞阻尼器、弹簧、无阻尼器和弹簧的PMIT结构、悬挂法结构和框支剪力墙结构进行了分析，分析结果表明：（1）PMIT结构隔震层下部结构层间位移角和隔震位置电梯井剪力墙弯矩相比于框支剪力墙结构都有减小，而悬挂法隔震层下部层间位移相比于框支剪力墙结构放大了约150%，PMIT对隔震层下部结构刚度不会产生影响，避免隔震层下部结构出现薄弱层；（2）相比于悬挂法结构，布置粘滞阻尼器PMIT结构隔震层最外侧隔震支座拉力减小了约50%（仅水平地震作用），提高结构的抗倾覆性能。
2011 Vol. 30 (10): 77-81 [
摘要
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82
上海港温室主楼吊舱结构设计研究
>唐玉;郑七振;张雷;王东;康伟
DOI:
针对温室主楼吊舱结构，建立了基于ANSYS程序、用于静力和动力分析的三个舱室模型，着重研究了承重索的静力特性和动力时程响应、吊舱结构的振动与人体舒适度等问题。研究结果表明：承重索在各荷载工况下的内力值均小于相应索的拉断力。个别承重索发生先行断裂后将导致其余索的内力重分布，但不会引起其余索发生相继断裂的情况。承重索在罕遇地震作用下的内力值远小于相应的弹性极值，其设计强度是充分的。各舱室跨度最大楼板的振动产生的竖向加速度均在可以接受的范围内，不会对人体舒适性产生不良影响。
2011 Vol. 30 (10): 82-86，1 [
摘要
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621
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87
在役桥梁结构损伤位置识别的综合指标方法研究
>常军
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在役桥梁结构的健康状况关系到人们生命财产的安全，因此，了解其损伤状况极为重要。目前，在役桥梁结构的损伤识别经常要中止桥梁的运营，造成巨大的经济影响。为此，论文提出了一种不影响其运营的在役桥梁损伤位置识别方法。曲率模态方法是识别结构局部损伤位置比较理想的方法，该方法具有操作简便，灵敏度高的优点。同时，频率指标具有测试简便，精度高的优点，由此，论文提出了一种综合考虑曲率和频率变化率的综合指标法。为了在测试中不影响在役桥梁的运营，该方法中引入了随机子空间方法。论文最后采用一简支钢梁对所提方法进行了试验验证。试验结果表明，论文所提出的基于频率和曲率变化率的综合指标法与随机子空间方法相结合能够有效地识别在役桥梁结构的损伤位置，而不会影响桥梁结构的运营。
2011 Vol. 30 (10): 87-90，1 [
摘要
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91
大跨径桥梁结构概率地震需求分析中地面运动强度参数的优化选择
>陈亮;李建中
DOI:
对于大跨径桥梁结构，应结合地震工程学和结构抗震两个方面选择合理的地面运动强度参数（IM），进行动力分析。针对一座高速公路双塔斜拉桥采用非线性动力时程分析方法，分析不同的IM对于结构地震需求的影响，可以得到以下结论：对于不同桥向，在累积质量参与系数贡献显著的周期范围内，反应谱对结构地震需求影响显著，且高频区段反应谱的影响大于低频区段。应该采用对结构地震需求影响显著的反应谱区段内质量参与系数较大的短周期谱加速度或PGA作为IM。
2011 Vol. 30 (10): 91-97 [
摘要
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98
基于进化蒙特卡洛方法的特征选择在机械故障诊断中的应用
>刘晓平;郑海起;祝天宇
DOI:
特征选择可以从原始特征集中去除冗余特征，选择出优化特征子集，提高机械故障诊断精度和诊断效率。将进化蒙特卡洛方法引入机械故障诊断的特征选择。应用支持向量机(SVM)作为故障决策器，采用Wrapper式特征子集评价标准，并采用进化蒙特卡洛算法搜索最优特征子集。运用滚动轴承故障振动信号数据对提出的方法进
行验证，实验结果表明该方法是有效的。
2011 Vol. 30 (10): 98-101 [
摘要
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102
CrC复合镀层钢球对轴承振动性能的影响
>李 言;贾贵西;袁启龙;崔凤奎
DOI:
应用非平衡磁控溅射技术在6204轴承钢球表面制备出CrC复合镀层，对CrC镀层钢球轴承和无镀层钢球轴承的振动性能进行试验及对比分析。结果表明，CrC镀层钢球轴承明显降低了轴承的振动值，特别是在高速、高载荷工况情况下减振效果尤为显著；提高了轴承振动的平稳性能。
2011 Vol. 30 (10): 102-103， [
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104
基于自适应多尺度形态梯度变换的滚动轴承故障特征提取
>李兵;张培林;刘东升;米双山;任国全
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滚动轴承故障信号是一种典型的周期性冲击信号，如何从含有强噪声的振动信号中有效的提取出冲击特征信号是轴承故障诊断的关键。基于数学形态学理论，本文提出了一种自适应多尺度形态梯度变换（AMMG）方法，它能够在有效抑制噪声的同时很好的保留信号的细节。仿真信号和实测轴承故障信号的分析结果表明，与常用的包络解调分析和近来提出的另一种基于数学形态学的形态闭变换方法相比析，自适应多尺度形态梯度变换具有更强的噪声抑制和脉冲提取能力，并且计算简单、快速，为滚动轴承故障特征提取提供了一种有效的方法。
2011 Vol. 30 (10): 104-108 [
摘要
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109
速度脉冲激励作用下混凝土框架柱抗剪性能研究
>周 靖;方小丹
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研究等效速度脉冲地震作用下混凝土框架柱最不利抗剪性能。以混凝土框架结构底层柱为分析对象，采用等效正弦速度脉冲激励作为地震动输入，通过非线性动力时程分析，研究竖直和水平向联合速度脉冲地震作用对框架柱抗剪性能的影响，分析速度脉冲地震作用与竖向和水平向加速度峰值比、峰值输入时差、剪跨比以及基本振动周期等对抗剪需求和抗剪承载力的交互影响规律。结果表明：脉冲速度强度增大，框架柱抗剪需求增大；竖向与水平向峰值比增大，柱抗剪承载力减小。加速度峰值输入时差对柱的最不利抗剪性能有重要影响；剪跨比越大，速度脉冲的影响越显著。基于分析结果的非线性回归，建立了考虑速度脉冲及其交互因素影响的最不利剪力作用效应修正系数
2011 Vol. 30 (10): 109-115 [
摘要
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1012
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116
高温高压过热蒸汽疏水阀消声减振研究
>李树勋;;赵子琴;张云龙
DOI:
针对国内某公司的蒸汽疏水阀在高温高压过热蒸汽工况下产生的强振动高噪声问题，采用有限元法模拟高工况下蒸汽疏水阀内二维非定常湍流激振特性，基于时均化的流场计算和大涡模拟2种方法，模拟分析过热蒸汽疏水阀及管道产生湍流旋涡的主要因素，研究找出产生振动和噪声的流场诱因。根据频谱特性、噪声产生机理及节流降压原理，研究设计了低振动低噪声蒸汽疏水阀的节流降压消声器，并进行频谱分析，其消声量试验结果与理论分析相吻合，为设计出具有消声减振且性能优良的蒸汽疏水阀提供了可靠依据。
2011 Vol. 30 (10): 116-121 [
摘要
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122
一种扬声器异常音的时域特征检测方法
>韦峻峰;;杨益;;温周斌;;冯海泓;
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扬声器的异常音故障常见于生产过程中，通常可由有经验的听音员凭人耳听音检测出来。与人耳听测异常音的机理类似，一种在时域检测异常音的方法被提出。通过对声响应信号进行经验模态分解得到本征模态函数，再根据本征模态函数与激励信号的瞬时频率差对各模态去混淆处理，可得到包含异常振动信息的模态函数，据此可判断是否存在异常音。算法验证分为仿真和实验两部分。仿真验证中分析了模拟的合格扬声器与故障扬声器的声响应，结果表明算法对于摩擦和碰触导致的异常音是灵敏的。实验验证中检测了20只扬声器，测量得到的故障频率与用高阶谐波失真法得到的结果一致。且对于不同异常音故障，可在经验模态函数的局部特征中观察到不同的时域特征。
2011 Vol. 30 (10): 122-128 [
摘要
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129
子空间预测控制算法在主动噪声振动中的应用
>王建宏;王道波
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为解决主动噪声和振动控制中的执行器饱和约束条件问题，本文在子空间系统辨识的基础上，研究了一种新颖的子空间预测控制方法。该控制方法联合了系统辨识和控制器设计，直接由输入-输出数据得到将来时刻的输出预测值，自动校正系统中的参数，克服了传统的模型预测控制中繁琐的系统辨识环节。同时子空间预测控制允许执行器机构出现饱和现象，在考虑由饱和现象导致的约束条件时，利用线性矩阵不等式将约束优化问题转化为无约束优化问题。采用椭球优化算法迭代地产生一系列体积逐渐减小的椭球序列，该序列最终能收敛到一个最优解。在椭球算法的基础上推导了该算法达到收敛时所需要迭代次数的一个上界。这在智能优化算法中是很难求得到的。最后以直升机悬停状态时发生的颤振为例，利用本文中的子空间预测控制和椭球优化算法设计闭环系统的反馈控制器，验证闭环系统的输出响应能较好地跟踪期望值，从而得出本文方法的有效性。
2011 Vol. 30 (10): 129-135 [
摘要
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136
轻型竹结构房屋抗震性能的试验研究
>陈 国;单波;肖岩
DOI:
为研究轻型竹结构房屋的抗震性能，通过对足尺2.44×3.66×2.6m的竹结构模型的振动台实验和推覆实验，讨论竹结构模型房屋的动力特性，确定竹结构房屋在地震作用下的破坏机理，研究了结构动力特性及地震反应的变化规律。试验结果表明：在0.3g以下的地震中，模型处于弹性状态；即使经过多次重复地震，模型结构仍然不会发生倒塌，而且破坏也很轻微。模型结构在0.1g、0.3g、0.4g和0.5g的地震中，模型结构的最大层间位移角小于规范中的限值。试验研究表明，轻型竹结构房屋能够满足我国建筑抗震设计规范中的8度抗震设防要求。
2011 Vol. 30 (10): 136-142 [
摘要
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143
基于姿态变化的列车侧风安全性研究的新方法
>崔 涛;张卫华
DOI:
针对列车空气动力学与列车系统动力学联合同步仿真的耗时问题，提出一种新的基于Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE)的列车空气动力学与列车系统动力学联合仿真方法。首先，分别建立列车侧风计算流体动力学模型和列车多体系统动力学模型。然后，通过参数传递、求解控制和动态网格的使用实现列车侧风计算流体动力学和列车多体系统动力学的联合仿真，其中列车系统动力学模型不考虑轨道激励，侧风环境下列车以平衡状态逐步逼近最终平衡状态，从而以更快的计算速度得到侧风环境下列车的稳定姿态和该姿态下的气动载荷。最后将此气动载荷加载到列车多体系统动力学模型，并考虑轨道激励，进行动力学分析，评价侧风环境下列车的安全性指标。
2011 Vol. 30 (10): 143-146， [
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147
瓦斯爆炸冲击作用下新型复合结构防护外壳的动态响应
>岳 强;司荣军
DOI:
为了降低和防止瓦斯爆炸冲击波对矿难救生系统的破坏，提高防爆抗冲击能力，提出新型复合结构防护外壳。运用有限元数值分析方法，对新型复合结构防护外壳在瓦斯爆炸冲击波作用下的动态响应进行研讨。分析冲击波作用下新型防护外壳的变形、应力和应变，并与单层防护外壳的动态响应进行了对比。结果表明: 采用中间柔性材料缓冲层的新型复合防护结构，能够延缓瓦斯爆炸冲击波对矿难救生系统的冲击作用，保护系统内部模块不受严重破坏，制造工艺简单且成本低。运用数值分析的方法，可以为救生系统设计建立一个仿真的实验环境，为优化救生系统设计、提高设计效率提供参考数据。
2011 Vol. 30 (10): 147-152 [
摘要
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153
基于耦合信号包络分析的引线键合点剪切强度识别方法研究
>冯武卫;孟庆丰
DOI:
键合点剪切强度是衡量键合质量的重要指标之一，以引线键合系统超声波发生器电信号作为信息载体，研究了超声电信号的特征提取方法以及在键合强度识别方面的应用。针对超声电信号的瞬态特性，提出一种基于信号子频带包络分段的特征提取方法。该方法将超声电信号滤波后的子频带包络分成信号上升、稳定和衰减三个阶段，提取每个阶段的敏感波形特征来表征键合过程。为了消除特征中的冗余信息并实现特征降维，采用了主分量分析(PCA)技术进行特征选择。建立了人工神经网络系统(ANN)对提取的特征进行识别,通过实验数据分析，验证了本文方法的有效性。
2011 Vol. 30 (10): 153-159 [
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160
覆冰输电线路舞动气动阻尼识别
>王昕;楼文娟;沈国辉
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利用覆冰导线刚性节段模型外加弹簧及配重模拟覆冰输电线路竖向及扭转运动动力特性，制作了D形覆冰单导线、新月形覆冰单导线和分裂导线竖向-扭转二自由度气弹模型，通过调整模型竖向/扭转自振频率比及风速、风攻角，于风洞中激发了D形覆冰单导线气弹模型的纯竖向和竖扭耦合失稳舞动，以及新月形覆冰分裂导线气弹模型的竖扭耦合舞动，并记录了其响应时程，通过Hilbert变换进行了竖向舞动和扭转气动阻尼的识别，研究了风速、风攻角、竖扭频率比、覆冰断面、导线数量及布置形式对气动阻尼的影响。对D形覆冰导线纯竖向舞动时根据响应识别所得气动阻尼比与根据Den-Hartog机理计算所得理论气动阻尼比进行了比较。试验结果表明：舞动时气动阻尼比为负值，在试验风速范围内其绝对值随风速增长而增大；D形覆冰导线纯竖向舞动时识别所得气动阻尼比绝对值略小于理论气动阻尼比；导线分裂数量对气动阻尼具有影响；扭转响应对竖向舞动气动阻尼的影响则较为复杂。
2011 Vol. 30 (10): 160-164 [
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165
基于小波系数变换的小波阈值去噪算法改进
>王宏强;尚春阳;高瑞鹏;李子楠
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小波阈值去噪是近年兴起的一种较好的去噪算法，其一关键点在于准确的选取阈值将细节信号和噪声信号区分开来。提出了一种算法对小波系数进行变换，将难以区分信号和噪声的区域放大，以利于阈值的选取，从而达到改进小波阈值去噪的目的。通过使用传统阈值去噪算法和该改进算法进行仿真，结果表明改进算法对去噪指标SNR、SME（平均方差）都有所改善。另外本文实验也表明改进算法可以更好的去除噪声，且较好的重现原信号的细节特征。
2011 Vol. 30 (10): 165-168 [
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169
差分振子相图的自动识别与应用
>胥永刚;马海龙;冯明时; 崔玲丽
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通过仿真实验证明了差分振子相图的大小和待检测信号的幅值的大小之间的关系。在相同的参数条件下，差分振子的相图越大，则待检测信号的幅值越大。因此，在参数相同的条件下，对于不同的差分振子相图进行比较，可以得到待检测信号幅值间的大小关系。针对差分振子相图的特点给出了差分振子识别的新方法，可以快速识别差分振子是收敛于极环还是极点。最后，通过工程数据的分析成功的发现了设备故障的发生发展的劣化过程，并对差分振子的相图进行识别，取得了理想的效果。
2011 Vol. 30 (10): 169-172 [
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173
整星隔振平台的阻尼非线性对隔振性能影响的物理机理
>张业伟;方勃;李松; 唐冶;王龙
DOI:
从物理机理出发，用变形的三次多项式函数和分数导数阶算子建立了离散型隔振系统的非线性等效动力学模型，通过谐波平衡法得出从隔振器底端到卫星的振动传递率，利用数值解从物理机理上解释了地面实验中隔振系统的振动传递率受激励幅值影响的现象，为离散型整星隔振平台及其他整星隔振平台的设计和实际应用提供参考
2011 Vol. 30 (10): 173-176 [
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177
弹簧近似法在二维非结构动网格生成技术中的应用
>霍世慧;王富生;岳珠峰
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通过控制网格质量改进弹簧近似法，并将其结果与传统方法进行比较。数值模拟结果显示：基于弹簧近似法的非结构动网格随着模型边界旋转角度的增加网格质量逐渐下降；在发生相同旋转角度时，改进弹簧近似法生成网格的质量较传统方法有了较大的改善；传统弹簧近似法模型边界最大旋转角度为13°左右，改进方法可达到27°，较大地提高了网格的变形能力。最后，运用改进的弹簧近似法对二维翼型进行数值模拟，并与传统方法及实验数据进行比较，得到了较满意的结果，该方法能够较好地运用于实际数值模拟中。
2011 Vol. 30 (10): 177-182 [
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183
基于振型差值曲率与神经网络的海洋平台结构损伤识别研究
>于 菲;刁延松; 佟显能; 张启亮
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利用神经网络进行复杂结构损伤识别时，会遇到网络规模过大以致难以收敛的问题。为此，提出了一种基于振型差值曲率与神经网络的结构损伤识别两步法。第一步，利用振型差值曲率得到损伤的大致区域。第二步，在第一步选定的区域内，利用BP神经网络确定损伤构件的准确位置。四层海洋平台数值模拟和实验结果验证了该方法的有效性。
2011 Vol. 30 (10): 183-187 [
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188
声学数值计算的分区光滑径向点插值无网格法
>姚凌云;于德介;臧献国
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针对标准的有限元法分析声学问题时由于数值色散导致高波数计算结果不可靠问题，将分区光滑径向点插值法(cell-based smoothed radial point interpolation method, CS-RPIM)应用到二维声学分析中，推导了分区光滑径向点插值法分析二维声学问题的原理公式。该方法将问题域划分为三角形背景单元，每个单元进一步分成若干个光滑域，对每个光滑域进行声压梯度光滑处理，运用光滑Galerkin弱形式构造系统方程，并按有限元中方法施加必要的边界条件。CS-RPIM提供了合适的模型硬度，能有效降低色散效应，提高计算精度。对管道和二维轿车声学问题的数值分析结果表明，与标准有限元法相比，CS-RPIM具有更高的精度和准确度，在高波数计算时这种优势特别明显。
2011 Vol. 30 (10): 188-192 [
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193
涡轮增压发动机进气消声器设计与声学性能数值分析
>刘丽媛;季振林
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根据涡轮增压发动机进气噪声特性，设计两套进气消声器，建立进气消声器声学性能计算的有限元模型。使用贴附有吸声材料穿孔管声阻抗的修正公式和硅酸铝岩棉的声学特性参数，有限元法计算获得的消声器传递损失与实验测量结果吻合良好。最后分析组合结构对进气消声器声学性能的影响。
2011 Vol. 30 (10): 193-196 [
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197
弹性飞机的混合 最优PID控制器参数优化
>章 萌;李爱军;刘世民
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基于弹性飞机的降阶模型设计控制器时需要考虑模型降阶带来的降阶误差，这就需要设计的控制器具有较强的鲁棒性。为此，以某弹性飞机12阶模型为例，研究了基于弹性飞机降阶模型的混合 最优PID控制器的参数优化。首先基于平衡截断法得到了6阶降阶模型。然后，根据全阶模型和降阶模型的频域降阶误差选取了合适的鲁棒加权函数。之后，给出了闭环系统跟踪误差 范数的一种简化计算方法用于 优化指标的计算。最后基于差分进化算法进行了混合 最优PID控制器的参数寻化。仿真结果表明，与 混合灵敏度控制器相比，优化得到的混合 最优PID控制器具有更强的鲁棒性，能同时镇定参数和非参数两种不确定性。对弹性形变模态也有较好的抑制作用，刚性模态也取得了很好的响应效果。
2011 Vol. 30 (10): 197-202 [
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203
基于Gibbs抽样的马尔科夫蒙特卡罗方法在结构物理参数识别及损伤定位中的研究
>刘书奎;吴子燕;张玉兵
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通过对结构动力特征方程进行的一系列变化，得到了线性结构识别模型，并由贝叶斯更新理论得到其后验分布形式。利用结构的模态参数，并考虑其随机性，应用基于Gibbs抽样的马尔科夫蒙特卡罗方法对线性结构识别模型中各参数的条件后验分布进行了抽样，成功地实现了结构物理参数识别及损伤定位。数值算例表明：Gibbs抽样结果可以以不同的方式标识结构的损伤程度及位置且识别的误差较小。
2011 Vol. 30 (10): 203-207 [
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208
形态学广义分形维数在发动机故障诊断中的应用
>李兵;张培林;任国全;刘东升;米双山
DOI:
发动机故障信号是一种典型的非线性信号，分形几何理论为描述非线性故障信号的特性提供了一个有力的分析工具。广义分形维数能够很好的描述信号的几何特征和局部尺度行为，所蕴含的信息比单一的分形维数要深刻而全面。针对传统的广义分形维数计算方法的缺陷，本文提出基于数学形态学操作的广义分形维数计算方法，并对发动机正常、失火和气门间隙过大故障信号进行了分析，结果表明，与传统的盒计数法计算的广义分形维数相比，形态学广义分形维数能够更加有效地区分发动机在不同状态下的信号，并且数学形态学只涉及简单的加减和取大、取小运算，因此计算简单快速，为准确判断发动机故障状态提供了一种快速有效的新方法。
2011 Vol. 30 (10): 208-211, [
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212
冲击波作用下巷道破坏规律相似模拟研究
>吕祥锋;潘一山;李忠华;代树红
DOI:
利用爆炸加载的方式，采用相似材料模拟试验方法，借助数字散斑观测手段(DSCM)，研究不同炮孔位置和装药量条件下巷道变形破坏规律。试验结果表明，微量炸药引爆后，冲击应力波以巷道方向传递为主，巷道顶板附近形成裂纹、破碎或坍塌区；当装药量足够大时，冲击波对上部岩体破坏力明显增大，冲击能是影响巷道破坏程度的主要因素。试验结果还表明，高速冲击载荷作用下巷道围岩体破坏过程可分为拉剪裂缝、重复拉剪破碎和破坏三个阶段。其中，当炮孔距离巷道为450mm，装药量为6.0g时，巷道顶板附近出现裂缝，属于拉剪裂缝阶段；当炮孔距离巷道为300mm，装药量为6.0g时，巷道顶板附近裂缝较为发育，且巷道顶层出现部分塌落，属于重复拉剪破坏阶段；当炮孔距离巷道为200mm，装药量为8.0g时，巷道顶板出现塌落，且四周破坏，属于破坏阶段。研究结果为冲击地压巷道破坏预测和防治提供了有力参考。
2011 Vol. 30 (10): 212-215, [
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216
脆性材料水泥砂浆多轴应力下的动态响应分析
>李英华; 杨黎明; 汤立群; 刘逸平; 魏志强
DOI:
在实际的结构应用中，混凝土类材料一般处于复杂工作应力状态，且可能承受动态荷载的作用。据此，本文采用Instron3421液压伺服试验机和具有主动围压加压装置的SHPB研究了混凝土材料-砂浆宽应变率范围多轴应力下的动态力学行为；基于Johnson-Cook强度模型框架，确定了等效强度模型的率相关参数及其他材料常数；提出了适用于描述主动围压下砂浆受冲击荷载的损伤演化规律，并确定了损伤演化常数，实验数据与理论值吻合较好
2011 Vol. 30 (10): 216-220 [
摘要
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221
流体绕流不同方向振动圆柱换热特性数值分析
>宿艳彩;葛培琪;闫柯;胡瑞荣
DOI:
基于Fluent动网格及UDF编程技术对二维流场中振动圆柱的换热特性进行了研究，分析了来流速度及圆柱振动方向对其换热特性的影响。数值计算结果表明，相比于静止圆柱换热，当圆柱的最大振动速度远大于来流速度时，其振动强化传热效果显著；随着流速的增大，振动圆柱的强化传热效果降低，当流速为圆柱最大振动速度的4倍时，圆柱传热效果仅增强1.2%。另外，对相等流速下的圆柱沿不同方向的振动换热特性研究表明，振动方向对圆柱强化换热的影响不显著。
2011 Vol. 30 (10): 221-223 [
摘要
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224
电磁喇叭分段线性振动响应及其声学特性的研究
>郭继峰;任万滨;翟国富;赵宏伟
DOI:
根据电磁喇叭结构特征建立了其工作过程中时变电磁力激励条件下动铁心与膜片构成的分段线性振子动力学模型，应用数值积分方法分析了电磁喇叭振动响应特性。进而根据所得到的稳态振动幅值与频率结果仿真分析了电磁喇叭的声学特性，研究了触头初始压力及间隙参数对振动幅值、频率、声压级的影响规律，所得的结论可直接用于以电磁喇叭为代表的电声器件优化设计。
2011 Vol. 30 (10): 224-227 [
摘要
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228
偏心有限长大间隙环流的动特性研究
>孙启国
DOI:
基于作者建立的大间隙环流中转子运动的三维力学模型,用摄动法推导了有限长大间隙环流流场非线性控制方程的零阶摄动方程组.该方程组是一个复杂的三维非线性偏微分方程组,其求解有一定的困难. 为此, 提出了一种简化数值方法. 该简化方法是采用作者以前获得的同心有限长大间隙环流的动特性系数来计算三维偏心有限长大间隙环流的动特性系数. 与已有的数值计算结果和实验结果比较, 该简化方法具有较好的实用性和精度. 数值计算结果表明与同心有限长大间隙环流相比, 偏心有限长大间隙环流的动特性系数不再具有主项相等, 耦合项大小相等、符号相反的特点, 动特性系数主项随着偏心率的增加而呈不同程度的指数增加, 这意味着在大偏心情况下有限长大间隙环流的动特性系数将增大.
2011 Vol. 30 (10): 228-230， [
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231
主轴系统结合面对主轴系统动力学特性的影响分析
>汪博; 孙伟;太兴宇; 闻邦椿
DOI:
数控机床主轴系统存在着主轴-轴承、主轴-刀柄、刀柄-刀具结合面，这些结合面的特性对主轴系统动力学有着显著的影响，而获得该影响规律对于主轴系统动态设计及动力学修改有着重要意义。本文以某立式加工中心主轴系统为对象，采用有限元法对其进行了动力学建模，在此基础上，对比分析了结合面特性对该主轴系统固有特性和刀尖点频响函数的影响规律。具体可以描述为：主轴-轴承结合面特性影响主轴系统的刚体模态和刀尖点低频段的频响函数；而主轴-刀柄结合面、刀柄-刀具结合面特性直接影响主轴系统的弹性模态和刀尖点高频段频响函数。此外，本文研究也可为主轴系统动力学特性及稳定性预估提供参考。
2011 Vol. 30 (10): 231-235 [
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236
行波效应对大跨越输电塔－线体系纵向地震响应影响
>魏奇科;李正良
DOI:
由于特高压大跨越输电塔－线体系塔身高跨度大，仅考虑单塔及塔－线体系的一致地震输入是远远不够的。本文考虑地震波沿大跨越线路传播时引起的地震行波效应，建立了特高压大跨越输电塔-线体系精细的三维空间有限元模型,运用几何非线性动力时程分析方法研究了纵向地震作用下大跨越输电塔－线体系的地震响应特性,并和一致地震动输入下的反应进行了对比。结果表明：行波效应既可以增加又可以减小塔身的地震响应,主要与地震动作用于大跨越两端输电塔的相位差有关；行波效应对导线跨中竖向位移响应影响十分明显，但对导线内力响应影响很小
2011 Vol. 30 (10): 236-240 [
摘要
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241
百吨级工程车辆FOPS落锤冲击的动态仿真
>江 建;张文明;段广洪;向东
DOI:
应用动态显式有限元方法对百吨级工程车辆FOPS受落锤冲击整个过程的动态响应进行模拟研究。以某170吨电动轮矿用自卸车FOPS为例，建立了FOPS及落锤的有限元模型，讨论了边界条件及载荷的施加方法。分析了落锤冲击FOPS的能量转换规律、冲击力和FOPS冲击变形的规律，以及顶板厚度、落锤质量对FOPS变形量的影响。结果表明: FOPS构件在落锤第一次冲击时产生塑性变形所吸收的冲击能量为10343J，占总能量的88.6%，FOPS最大变形未侵入DLV，满足国际标准的要求。顶板厚度对加载中心的变形量影响很大，顶板越厚，变形量越小，当顶板厚度小于2.4mm时，FOPS不能满足要求, 落锤质量对变形量影响较小
2011 Vol. 30 (10): 241-244 [
摘要
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245
用Timoshenko梁修正理论研究功能梯度材料梁的动力响应
>吴 晓;罗佑新
DOI:
采用Timoshenko梁修正理论研究了功能梯度材料梁的动力响应问题，利用静力方程确定了功能梯度材料梁的中性轴位置，在此基础上应用Timoshenko梁修正理论建立了功能梯度材料梁的振动方程，求得其自振频率表达式及其在简谐荷载作用下强迫振动的解析解。讨论分析了中性面位置、梯度指数等因素对功能梯度材料梁的动力响应的影响，并用有限元法验证了Timoshenko梁修正理论。通过实例计算，得到了中性轴位置对功能梯度材料梁动力响应有较大影响的结论。
2011 Vol. 30 (10): 245-248 [
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249
共振式水泥混凝土路面破碎车共振频率和振幅的控制研究
>蒋新华;张平均;彭晋民
DOI:
基于共振式水泥混凝土路面破碎车共振机构的载荷分析，给出了其共振频率和振幅的模型。针对共振机构电液比例控制系统的非线性和不确定性问题，建立了基于比例泵控马达的频率控制数学模型，设计了自适应反推滑模的频率控制算法，针对系统模型中的不确定项，给出了各参数项的自适应律，基于Lyapunov函数，证明了频率输出跟踪的渐近收敛。仿真和车载实验结果表明，该方法具有较好地频率跟踪性能，能满足共振式水泥混凝土路面破碎车的施工作业要求。
2011 Vol. 30 (10): 249-253 [
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254
乐音准则法及其在结构损伤诊断中的应用研究
>刘红彪; 郭迅; 李国东
DOI:
为了寻求一种简便、高效的结构损伤识别方法，组织实施了瓷盘、钢壳及5层钢框架的模型试验，根据试验结果，提出了一种基于欧姆听觉定律的结构损伤识别方法，即“乐音准则法”。该方法对于诊断均匀、规整的一维（杆、索）或二维（板、壳）结构的损伤十分有效。试验结果表明，均匀、规则结构的固有振动频谱具有与乐音相类似的特征，在其发生损伤后，固有振动频谱发生明显变化，据此定义了“乐音准则法”。试验证明，该方法对识别瓷盘损伤敏感有效；对钢壳径向损伤有效，对环向损伤不敏感，主要原因是环向损伤对壳体结构刚度影响较小。在5层钢框架的损伤识别试验中，根据乐音准则法，首次提出运用频率比作为结构损伤诊断指标，成功地识别出了结构损伤。
2011 Vol. 30 (10): 254-259 [
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260
压电夹层梁的分岔、混沌及主动控制
>张鹏;贾中印
DOI:
研究轴向激励作用下简支压电夹层梁的分岔、混沌振动及其主动控制。基于压电材料本构关系、von Karman型几何非线性应变位移关系，考虑耦合正、逆压电效应的比例微分控制策略，运用Hamilton原理建立了压电夹层梁的非线性横向运动偏微分方程并利用Galerkin方法对其进行离散化处理。通过采用数值模拟方法，研究了压电夹层梁的动态分岔。结果表明，通过比例控制增益和微分控制增益都可控制压电夹层梁的横向振动，阻止系统发生混沌运动，保持系统的稳定性。
2011 Vol. 30 (10): 260-264 [
摘要
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265
基于主分量子空间的设备状态诊断研究
>刘永斌;何清波;吴强;李鹏;胡飞;孔凡让
DOI:
结合主分量分析（Principal Component Analysis, PCA）和子空间法研究了基于主分量子空间的设备状态诊断，探讨了压缩子空间和类属子空间两种主分量子空间结构来表达和分类设备的状态。所提出的设备状态诊断方法依靠PCA可以提取稳定有效的设备状态低维特征表示，依靠子空间法能够以低代价有效辨识设备状态。以汽车变速齿轮箱的疲劳状态诊断为例分析表明，两种主分量子空间方法都获得了良好的结果，且具有各自的优点，可以有效用于设备的状态监测和诊断中。
2011 Vol. 30 (10): 265-269 [
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270
索力振动测量的传递矩阵法
>刘志军;芮筱亭;杨富锋;于海龙;姜世平
DOI:
振动法测量拉索张力需要准确描述索力与自振频率的关系，在建立拉索振动的离散模型基础上应用传递矩阵法计算拉索固有频率，通过求解特征方程建立了索力与振动频率的关系；然后将计算得到的模态频率与测试得到的模态频率比较，通过修正拉索张力计算值使计算频率与实测频率误差最小，最后修正的拉索张力则为拉索实际张力。通过对实际工程的测试结果分析表明，该方法具有准确、实用和易编程的特点，完全能满足工程应用要求。
2011 Vol. 30 (10): 270-273 [
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