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2016年 35卷 20期
刊出日期：2016-10-15
论文
论文
1
基于Simulink和VRML的球式自动平衡装置虚拟实验平台研究
>谭 青，魏 来，任志湘，江波
对球式自动平衡装置虚拟实验进行了研究，建立了球式自动平衡装置虚拟实验平台。该平台采用基于Simulink和VRML的运动仿真和建模方法，通过建立控制转盘和滚球运动的Simulink模型，以及球式自动平衡装置的VR场景，来模拟真实的实验环境。然后在主界面上输入实验参数，以进行虚拟实验。通过可视化观察实验过程中滚球运动状态，以及生成的实验结果曲线，对滚球的平衡过程进行分析，分析结果与自同期理论相符。最后通过搭建真实实验台进行实验验证，实验结果进一步表明了该虚拟实验平台具有良好的有效性及可靠性。
2016 Vol. 35 (20): 1-8 [
摘要
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9
行波效应下对称多跨大跨结构的随机地震响应研究
>赵 博1，王元清2，陈志华1，石永久2
为了研究行波效应对于多跨大跨结构随机地震响应的影响机理，本文首先以两跨结构简化模型为研究对象，选取柱顶相对位移作为计算响应量，采用多点虚拟激励法对结构的响应功率谱公式进行推导，求得结构响应极值随行波频率的变化规律，最后将此方法拓展至多跨结构，分析不同跨数以及不同支承形式对于多点激励下结构地震响应的变化规律。计算结果表明：受拟静力响应影响，多跨结构中柱柱顶相对位移受行波效应影响更加显著，在大跨结构抗震设计中应该引起重视；随着跨数增加结构响应极值并没有明显提升，但不同支承形式可能导致结构受多点激励效应影响不同，针对具体的支承形式结构进行具体分析是必要的。
2016 Vol. 35 (20): 9-16 [
摘要
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17
正三棱柱流致振动试验研究
>张军，练继建，刘昉，徐国宾，燕翔
以典型的圆柱流致振动为参照，进行了水中弹性支撑正三棱柱在不同刚度下的流致振动试验，系统阐述了正三棱柱的振幅与主频变化特性、频谱特征及尾流模式，并揭示了系统刚度对振动响应的影响。试验结果表明，有别于圆柱“自限制”的三个响应区间，正三棱柱的流致振动响应区间分别为：涡激振动分支，涡振-驰振转变分支及驰振分支。随折合流速增大，三棱柱的振动响应并未出现抑制现象。涡激-驰振转变分支中，振幅突增和频率突降，体现了由涡振向驰振的转变趋势；涡激振动上端分支和驰振分支中，柱体振动存在“锁频”现象。系统刚度的变化会造成相同折合流速下正三棱柱尾流模式的差异，进而影响振幅和频率响应。正三棱柱最大响应振幅比为2.11，大于现有圆柱试验的最大响应振幅比1.90。相比于圆柱，正三棱柱更有利于低速水流能的开发利用。
2016 Vol. 35 (20): 17-23 [
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24
三自由度碰撞振动系统Poincaré映射叉式分岔的反控制
>伍新1,2, 徐慧东3, 文桂林2, 魏克湘1
考虑到碰撞振动系统的Poincaré映射的隐式特点，在不改变原碰撞系统平衡解结构的前提下，采用线性反馈控制方法研究了一类三自由度含间隙双面碰撞振动系统Poincaré映射的叉式分岔的反控制问题。首先，建立闭环控制系统的六维Poincaré映射，针对由特征值特性描述的传统叉式分岔临界准则在六维的高维映射中只能通过数值试算来确定控制增益的困难，利用不直接依赖于特征值计算的显式临界准则获得了系统出现叉式分岔的控制参数区域。然后应用中心流形-范式方法进一步分析叉式分岔解的稳定性。最终数值仿真验证了在任意指定的系统参数点通过控制能实现稳定的叉式分岔解。
2016 Vol. 35 (20): 24-29 [
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30
输电导线气动阻尼效应的风洞试验研究
>王述良1,2，梁枢果1，邹良浩1，汪大海3
基于单跨六分裂输电输电线气弹模型风洞试验，测得了其不同风速下输电线端部，即输电线传递给输电塔的动张力时程，结合经验模态分解法（EMD）、小波分析及随机减量法（RDT）识别了输电输电线的前四阶气动阻尼比，并将其与基于准定常理论的气动阻尼比进行了对比。考虑气动阻尼的影响，对输电输电线动张力进行了计算。研究结果表明：输电输电线的气动阻尼相对于结构阻尼，占有主导地位，在强风下可以达到结构阻尼的10倍以上；由于输电输电线的风致非线性振动，使得基于准定常理论的气动阻尼与识别结果相比存在显著差异；强风作用下，不考虑气动阻尼的计算结果将严重地高估输电线的风致动张力响应。
2016 Vol. 35 (20): 30-36 [
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37
大型成撬动力设备振动分析与实验研究
>张世亮1,严谨1，张全1
设备成撬的概念在大型动力设备行业中应用已相当广泛。本文探讨了大型成撬动力设备振动原因，基于状态空间理论建立了描述两点激励的撬块振动矩阵方程，并在MATLAB软件中计算分析了激励与响应之间的规律关系。推导出了阻尼装置上阻尼控制力与控制参数之间的函数关系，采用减缩尺寸的振动控制实验平台对计算结果和推导函数进行验证，实现了对大型成撬动力设备振动问题的有效控制，为多振点联动工况的振动控制提供理论参考。
2016 Vol. 35 (20): 37-40 [
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41
汽车悬架控制臂拉压溃分析及疲劳寿命预测
>王红民1 谢锋1 郑国峰1 王小莉1 上官文斌1 俞宏2
以某汽车的后悬架上控制臂为研究对象，建立悬架控制臂有限元仿真模型。对悬架控制臂在拉、压工况下，进行拉溃力和压溃力分析，并进行试验验证。试验结果表明，该控制臂拉、压溃试验结果与有限元分析结果基本一致。通过对该控制臂进行有限元分析，提取危险部位的应力应变信息建立疲劳损伤参量，引入临界平面法建立疲劳寿命预测模型。运用该模型进行疲劳寿命分析与预测，并进行试验验证。疲劳试验结果表明，控制臂疲劳寿命的平均试验值与预测值比较贴近，说明本文所采用的疲劳损伤模型，可以应用于汽车金属零部件的疲劳寿命预测上。
2016 Vol. 35 (20): 41-46 [
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47
平行轴齿轮传动系统动力学建模的有限单元法
>常乐浩1, 贺朝霞1, 刘更2
为了能获取更为准确的轴承响应以预测齿轮箱体噪声，提出了适用于平行轴外啮合圆柱齿轮-轴-轴承-箱体系统动力学建模的有限单元法。该方法将连续分布的齿轮系统离散为轴段单元、啮合单元和轴承-基础单元，通过建立模块化的单元运动方程，根据单元连接关系生成矩阵组装规则，实现系统整体动力学模型的自动建立。模型中考虑了轴段剪切效应的影响，推导了齿轮副在不同旋向和转向时的弯-扭-轴-摆全自由度耦合振动方程，提出了箱体柔性对转子系统振动耦合作用的计入方法。以一对单级斜齿轮传动为例，通过与已有实验数据的对比验证了此方法的有效性。结果表明，采用有限元法计算齿轮副和轴承响应比常规集中质量法具有更高的求解精度。利用此方法编写了规范化程序，为工程中处理多级复杂平行轴齿轮系统的振动和噪声问题提供了有效手段。
2016 Vol. 35 (20): 47-53 [
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54
基于局部特征尺度分解和JRD距离的液压泵性能退化状态识别方法
>田再克，李洪儒，谷宏强，许葆华
针对液压泵振动信号通常具有非线性强与信噪比低的特点，提出了基于局部特征尺度分解（Local Characteristic-Scale Decomposition, LCD）与JRD（Jensen-renyi divergence）距离的液压泵性能退化状态识别方法。该方法首先对原始振动信号进行局部特征尺度分解，得到不同特征尺度下的内禀尺度分量（Intrinsic Scale Component, ISC）；然后，提取包含主要退化特征信息的ISC分量的Renyi熵，以此作为退化特征量；最后，通过计算不同特征量之间的JRD距离来判断液压泵的退化状态。将该方法应用于液压泵实测数据，结果表明，基于局部特征尺度分解和JRD距离的退化状态识别方法能够有效识别液压泵的性能退化状态。
2016 Vol. 35 (20): 54-59 [
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60
气动载荷作用下高速列车横向振动虚拟惯性阻尼半主动控制研究
>陈春俊， 何洪阳， 闫中奎
高速列车在会车气动载荷作用下，车体横向振动加剧，传统的基于天棚阻尼原理的半主动控制对此横向振动控制效果并不理想。针对这一问题，利用系统动力学仿真分析软件UM，建立CRH某型高速列车三维模型，分析气动载荷作用下车体横向振动的特征；提出了用工程中的可控阻尼实现阻尼力与加速度成正比而方向相反的虚拟惯性阻尼控制算法，在轨道不平顺及气动载荷激励下对车体横向振动进行半主动控制。结果表明：虚拟惯性阻尼控制方法不仅能抑制轨道不平顺引起的横向振动，还能很好地衰减气动载荷带来的横向振动，提高列车横向平稳性；能对人体头部和内脏较敏感频率范围的横向振动也有较好抑制，提高旅客舒适性。
2016 Vol. 35 (20): 60-64 [
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65
永磁型无轴承电机自适应振动抑制控制
>张涛1，倪伟1，莫丽红1，贾红云2
为解决在永磁型无轴承电机转子抑制振动控制时，高频噪声信号降低振动信号频率辨识精度，导致系统不稳定的难题，本文介绍了一种基于多频率跟踪算法的转子自适应振动抑制控制策略。分析了振动信号频率辨识误差形成机理，推导了自适应多频率跟踪算法，构建了转子振动抑制控制系统，采用李雅普诺夫稳定性理论分析了自适应多频率跟踪算法和基于该算法的振动抑制控制系统稳定性。将其应用到永磁型无轴承电机转子磁场定向控制系统中，进行了仿真和实验研究。研究结果表明，自适应多频率跟踪算法可快速准确辨识振动信号频率，基于该方法的振动抑制控制系统，可有效抑制转子振动，提高转子旋转精度。
2016 Vol. 35 (20): 65-70 [
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71
基于多尺度子带样本熵和LPP的轴承故障诊断方法
>王广斌1，杜谋军1，韩清凯1，李学军1
轴承损伤是机械设备损伤的主要原因之一，其产生的振动信号具有微弱、非平稳和非线性的特点。针对不能准确从微弱信号中提取故障特征的问题，提出使用多尺度子带样本熵，首先对信号进行小波包分解得到多尺度信号，再将每一个多尺度信号进行子带分解得到多尺度子带信号，再求其样本熵得到多尺度子带样本熵，该方法能深入挖掘微弱信号的本质特征；针对非平稳信号能量密度分布不均的问题，提出使用平滑伪Wigner-Ville分布，其可对非平稳信号的瞬时对称相关函数进行时频聚集处理，使信号的能量均匀分布；针对不能准确的挖掘非线性数据的主流形的问题，提出使用局部保持投影（LPP，Locality Preserving Projection），LPP在投影过程中保持了最优的数据局部邻域关系，可以准确的挖掘非线性数据的主流形。文中分别采用四组正常、内圈故障、滚珠故障和外圈故障信号作为原始数据来验证该方法的有效性，实验结果证明该方法能有效地对信号故障进行分离和识别。
2016 Vol. 35 (20): 71-76 [
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77
非线性能量阱刚度优化计算与振动台试验
>刘中坡1，吕西林2，王栋2，乌建中1
本文介绍了一种通过几何非线性产生非线性回复力的NES，并对它的宽频控制特性进行了研究。首先通过解析方式求得1:1共振下频率与能量之间的关系并绘制频率能量图，频率能量图直观的表达了当NES与线性振子连接到一起的时候，其相对于线性振子的振动频率与系统中能量水平有着直接关系。然后，在多自由度振动系统的模态空间中使用解析的方法将NES刚度与线性振子的能量、频率与振型建立起相关的表达式。由表达式得到振动系统在一定能量水平下，NES达到较优控制效果所需要的非线性刚度。根据较优刚度计算方法，设计了NES振动控制试验并进行振动台试验。为了试验NES宽频控制特性，振动台台面输入采用了针对频域测试的Chirp信号，试验过程中通过改变NES的弹簧刚度与增加被控框架质量来改变框架动力学特性的方法以检验NES宽频控制的效果。试验结果表明NES有较好的宽频控制效果，即使其刚度偏离优化值或被控对象动力学特性发生一定改变，NES依然能发挥较好的振动控制作用。
2016 Vol. 35 (20): 77-84 [
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85
换热器内多排弹性管束壳程流体诱导振动响应的数值分析
>季家东 1,葛培琪 1, 2,毕文波 1
为了研究弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性，基于双向流固耦合分析的顺序求解法，对单排和多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值研究。研究表明壳程流体诱导弹性管束的振动主要表现为面内振动，且监测点各方向的振动存在明显的谐频。流体诱导下各排管束间的振动相互影响，最底部管束的振动强度最低，其余各排管束的振动强度由下到上呈逐渐递减的趋势，顶部部分管束的振动频率偏低。由于管束重力和流体冲击力的相互作用，最底部管束的振动平衡位置位于管束平面的上方，其余各排管束的振动平衡位置位于管束平面的下方，且各排管束的振动平衡位置由下到上逐渐降低并趋于稳定。
2016 Vol. 35 (20): 85-89 [
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90
大尺寸CFRP约束混凝土方柱落锤动态冲击试验研究
>单波1，刘波1，肖岩1,2， GIORGIO Monti 1,3
采用FRP增强的混凝土柱在使用过程中，可能受到轴向冲击荷载作用，但目前这方面的研究基本处于空白。通过对7组21个大尺寸 CFRP约束混凝土方柱进行落锤轴向冲击试验，研究倒角半径r对约束柱抗冲击性能的影响。试验获取了锤头冲击力时程曲线、压缩变形时程曲线、FRP表面关键点的应变时程曲线和整个破坏过程的高速影像等信息。试验结果表明， CFRP约束混凝土方柱的破坏是由试件中部倒角位置处的CFRP被拉断所导致的，试件的破坏现象与倒角半径r有关；倒角半径r对约束柱的冲击性能有显著影响，r越大，冲击应力峰值和能量密度也越大；CFRP约束混凝土方柱的动力增大系数(DIF)随倒角半径比rc的增大而减小，基本成线性关系，在1.23~1.82之间。
2016 Vol. 35 (20): 90-97 [
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98
Q235B直缝焊管轴向冲击性能的理论和试验研究
>郑玉卿1 朱西产1 董学勤1 马志雄1, 2
基于Alexander静态压溃模型和Cowper-Symonds 经验方程，推导出含应变率效应的圆管动态平均压溃力预测公式，同时论述了它与Abramowicz提出的理论公式异同点。然后利用跌落塔装置对9种规格的Q235B直缝薄壁焊管进行冲击试验，将理论预测值与实测值进行对比，结果表明：基于Alexander模型推导出的动态平均压溃力预测值整体偏小，而Abramowicz公式的预测值整体偏大。最后结合冲击试验过程和结果，修正了Abromowicz的平均压溃力预测公式，将应变率敏感系数3.91调为3.0，修正值与所有试验值吻合良好，最大偏差不超过8%；另外，还给出了用于预测中等尺寸薄壁焊管的简易动态峰值压溃力预测公式。
2016 Vol. 35 (20): 98-103 [
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104
基于流固耦合方法的跨声速叶片气动和强度性能研究
>汪松柏1，李绍斌1,2,宋西镇1
为研究流固耦合对跨声速压气机叶片气动和强度性能的影响，采用商用软件ANSYS-CFX/Multiphysics研究了跨声速叶片在气动力和离心力共同作用下的气动性能变化规律，通过单向和双向两种耦合方法对比分析了叶片的强度性能。结果表明：叶片在气动力和离心力共同作用下，叶尖前缘变形量最大，气动性能与冷态叶片相比有明显变化，叶尖激波位置前移，堵塞流量增大。双向流固耦合与单向耦合相比，叶片的总体变形量增大约1.1%，最大等效应力增大0.8%左右。研究结果表明工程设计应采用双向流固耦合方法进行叶片气动性能设计和强度校核，以提高压气机的安全性和可靠性。
2016 Vol. 35 (20): 104-110 [
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111
多幅框架式曲线梁桥地震损伤分析
>吴桐1,2，孙全胜1
为了探索具有铰接构造的多幅框架式曲线梁桥地震损伤特性，本文通过OpenSees地震工程分析平台建立该类型桥梁的非线性动力模型，应用非线性时程分析研究该桥型的地震反应特征，探讨了结构整体布置和主梁转动惯量对该桥型框架整体振动过程及桥墩损伤程度的影响；同时建立橡胶支座的弹塑性剪切失效模型，探讨了桥台支座的破坏形式。研究结果表明：在地震荷载下，非对称的多幅框架式曲线梁桥各幅框架振动不一致；桥梁两侧较矮墩的墩顶和墩底的地震反应最大，容易产生钢筋屈服现象；桥台处的橡胶支座纵向变形较大，有发生剪切失效破坏的可能。桥墩的对称布置有利于各个框架间的整体振动；主梁转动惯量极大地影响较高墩横向地震损伤的程度。
2016 Vol. 35 (20): 111-118 [
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119
基于约束最小二乘法的剪切型框架结构损伤识别新方法
>罗钧1，刘纲1,2，黄宗明1,2
针对现有基于模态驱动的损伤识别方法在定位和定量方面的不足，提出了一种适用于剪切型框架结构的损伤识别算法。根据结构动力学特征方程，推导了剪切型结构的单元损伤系数方程，建立起单元损伤系数与损伤前后结构模态参数之间的关系；根据剪切型结构的单元损伤系数方程和约束线性最小二乘法，提出了一种适用于剪切型框架结构的损伤识别新指标，可以利用较少的模态阶次直接进行损伤的定位和定量识别。最后利用一个6自由度数值模型和试验室3层框架试验验证算法的有效性。
2016 Vol. 35 (20): 119-124 [
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125
行星软着陆气囊缓冲系统动力学仿真研究
>张华1,2，孟光3,4，刘汉武2，韩智超2
气囊缓冲着陆系统具有轻质、安全、环境适应性强等特点，能有效保护着陆过程中着陆器的安全，在行星探测中应用广泛。针对一种“水滴形”自扶正气囊缓冲着陆系统建立了动力学模型，描述了气囊基于接触和几何非线性效应在行星表面充气、降落、碰撞、回弹及再碰撞等着陆缓冲过程。依据动力学仿真结果获取了气囊初始气压、初始着陆速度、星表地形等对气囊内部关键部位缓冲过载的影响规律，验证了“水滴形”气囊缓冲着陆系统可实现自动扶正及弹开分离等重要功能特征。研究结果为未来深空探测采用的气囊式缓冲着陆系统的工程设计提供了理论指导和参考。
2016 Vol. 35 (20): 125-129 [
摘要
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130
综合考虑减振与抗冲击性能的复合基座设计方法
>张相闻1， 杨德庆1， 吴广明2
常规基座减振与抗冲击性能在设计中难以兼顾，为此提出了一种利用蜂窝构建负泊松比效应，采用组合结构型式，结合结构动力学优化设计技术的新型减振与抗冲击复合基座设计方法。以某舰用设备基座为例，采用数值方法，对新型复合基座减振与抗冲击机理进行研究。研究表明，常规面板、常规肘板和蜂窝腹板组合式复合基座减振抗冲击是利用了阻抗失配和蜂窝结构吸能两种效应。建立了以基座面板厚度、肘板厚度和腹板蜂窝胞元壁厚为设计变量，在单一减振指标约束和减振抗冲击双指标约束下的复合基座动力学优化设计模型。数值优化结果证明，采用新型负泊松比效应蜂窝腹板组合结构，利用减振及抗冲击双指标约束下的动力学优化设计模型，可设计出减振与抗冲击能力俱佳的复合基座。
2016 Vol. 35 (20): 130-136 [
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137
粘弹性泡沫多孔材料骨架特征参数对材料吸声性能的影响
>刘耀光，王晓林
基于Biot理论，研究了粘弹性多孔材料体积模量、损耗因子和骨架密度三个特征参数对吸声性能的影响规律。针对实际三聚氰胺泡沫材料，应用准静态法测量出其杨氏模量和泊松比，并根据上述规律推断出测到的骨架参数对阻尼和粘性耗散影响。为了进行验证，进一步测量出材料的静流阻率，并根据Dunn-Davern模型计算出有效密度和压缩模量。根据以上参数计算出刚性背衬下的材料吸声系数，在与实验值一致的情况下，进一步分解为阻尼、粘性和热传导耗散，其变化特征表明该材料阻尼耗散较小，共振现象明显，在1/4波长共振频率附近会引起粘性耗散和总吸声明显减少。
2016 Vol. 35 (20): 137-141 [
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142
剪切来流下柔性圆柱体涡激振动响应试验研究
>高云1, 2, 付世晓2,熊友明1, 杨家栋1, 王盟浩1
应用模型试验的方法，深入地研究了柔性圆柱体在剪切来流下的涡激振动响应。试验过程中通过旋转臂架从而形成相对剪切来流。通过测试得到的应变数据，基于模态叠加法得到圆柱体的涡激振动位移响应。研究结果表明：当折合速度较小时，响应频率会全程参加涡激振动；随着折合速度的上升，响应频率则会间歇性地参加涡激振动。涡激振动响应在横流方向仅存在一个锁定区域，而在顺流方向则存在两个锁定区域，其中第一个锁定区域与横流方向吻合。
2016 Vol. 35 (20): 142-148 [
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149
自激振荡脉冲射流破岩效率数值模拟
>司鹄1,2，薛永志1,2，周维1,2
基于任意拉格朗日-欧拉流固耦合罚函数算法，建立自激振荡脉冲射流破碎岩石的数值计算模型。对比相同工况下的数值模拟结果与实验结果进行模型验证。根据自激振荡脉冲射流的自身运动规律对其破岩过程进行数值模拟，结合岩石岩性分析脉冲振幅和脉冲频率对破岩效率的影响。结果表明：随着脉冲振幅的增大，冲蚀深度先后经历线性快速增长和平缓增长阶段，破岩效率显著提高；岩石的岩性会影响冲蚀深度的增长速率；随着脉冲频率的增大，冲蚀深度表现出先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势；自激振荡脉冲射流破岩存在一个最优脉冲频率，该频率下破岩效率显著提高，且不同岩石具备不同的最优脉冲频率。数值模拟方法较好地还原了自激振荡脉冲射流破岩的物理过程，为自激振荡脉冲射流在地下工程领域的应用有一定指导意义。
2016 Vol. 35 (20): 149-153 [
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154
基于URANS与DDES方法的空腔近场噪声数值研究
>刘俊1，杨党国2，王显圣2，罗新福2
采用基于SST(Shear-Stress Transport)湍流模式的URANS(Unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes)和DDES (Delayed Detached Eddy Simulation)方法开展了马赫数0.85的三维空腔非定常流动数值计算。计算结果表明：两种方法得到的空腔底部静压、脉动压力声压级和功率谱均与实验及参考文献结果具有良好的一致性；DDES在模拟流动失稳、小尺度结构等流动细节方面更具优势，对高频压力脉动的捕捉也要优于URANS。通过对时均流场的分析，确定了模拟的空腔流动类型为过渡式流动，同时发现空腔内存在的复杂三维涡结构，并分析了这些涡结构对空腔流场特性的影响。
2016 Vol. 35 (20): 154-159 [
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160
钢管RPC抗冲击压缩特性及极限强度确定方法
>陈万祥,2，郭志昆1，姜 猛1，闫凤国1，顾娟1
采用ø74mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，简称SHPB）试验装置，分别对20块钢管活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube，简称钢管RPC）和20块RPC试件进行了不同加载速率的冲击压缩试验，得到了不同应变率下的动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变，分析了试件的破坏特征。在钢管混凝土静态轴向极限承载力计算公式基础上引入应变率效应，得到钢管RPC极限强度确定方法。结果表明：钢管RPC和RPC的峰值应力和峰值应变均随平均应变率增大而增大。冲击荷载作用下，钢管RPC比RPC具有更高的强度，更好的延性和完整性，是一种良好的抗冲击防护工程材料。钢管壁厚对钢管RPC动态应力-应变关系有明显影响，一定冲击速度下壁厚较薄的钢管RPC出现了明显的屈服平台和应力强化现象，峰值应变也显著增大。钢管RPC极限强度理论计算结果与试验结果存在一定的相对误差，但随着响应应变率增大相对误差逐渐减小。
2016 Vol. 35 (20): 160-171 [
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167
加筋矩形薄板的平均声辐射效率
>任惠娟1,盛美萍2
采取工程等效的方法研究了四边简支矩形加筋薄板的振动与声辐射，推导了点力激励下的平均辐射效率计算公式，并进行了数值仿真和实验验证。理论分析与实验的一致性表明：四边简支情况下矩形加筋薄板与匀质矩形薄板和圆薄板的平均辐射效率公式相似，可以采用模态辐射效率加权平均的方法等效。在中高频段，纵横双向加筋薄板的平均声辐射效率最高，单向加筋薄板次之，匀质平薄板最低；而在低频段及临界频率以上，三种结构平均声辐射效率相差不大。
2016 Vol. 35 (20): 167-171 [
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叶轮转子碰摩的非线性动力学响应
>刘昕1,2，张华彪1，孙小磊1，占传林1，赵庆军1,3
叶轮转子的碰摩是旋转机械的常见故障，严重的碰摩可能导致转子失稳、叶片断裂等后果。本文针对叶轮转子-机匣的碰摩进行研究，将叶片简化为一端固支的悬臂梁，考虑其在旋转状态下的离心刚化效应，机匣的局部变形采用Hertz模型表征，推导了叶片-机匣接触力的表达式，分析了叶片长度、截面惯性矩、叶片截面积和转速对接触力的影响，结果表明当叶片长度越小、截面惯性矩越大、转速越高接触力越大。基于所得的接触关系，给出了叶轮转子碰摩力模型，对叶轮转子碰摩的稳态响应进行数值模拟，结果表明系统在碰摩时的响应频率主要包括转速激励频率、反向进动频率及其线性组合，叶片的扰动将导致主要响应频率附近出现边频，边频在不同转速情况下存在多种不同形式。当反向进动频率相对于转速近似线性变化时，边频和转速与叶片数目线性相关。
2016 Vol. 35 (20): 172-177 [
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178
数据集不均衡下的设备故障程度识别方法研究
>段礼祥1,郭晗1, 2,王金江1
在机械故障诊断中，由于故障样本难以收集且数量远远少于正常样本，即产生数据集不均衡问题。这将导致传统的分类算法如支持向量机（SVM）在处理不均衡分类问题时对少数类样本（故障样本）的分类准确率过低。加权支持向量机(C-SVM)算法是一种处理样本集不均衡问题的常用算法，可以在一定程度上改善少数类样本的分类准确率。但是在故障程度相近时会导致样本间距过小，加权C-SVM算法对这类故障样本的识别精度不理想。为提高数据集不均衡下故障程度相近样本的分类准确率，采用二叉树结构与加权C-SVM相结合的方法，综合考虑样本类间距离、类内距离和不均衡程度，优化二叉树结构。结果表明，该算法能够有效处理样本距离过近的不均衡数据集分类问题，从而提高了故障程度相近样本的分类准确率。
关键词：故障诊断；故障程度识别；数据集不均衡；二叉树加权支持向量机
2016 Vol. 35 (20): 178-182 [
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TTLCD-偏心结构转化为TTMD-偏心结构的减振控制研究
>符川
针对偏心结构，研究在地震激励下，扭转调频液柱阻尼器（TTLCD）系统优化参数和对结构减振控制的模拟。首先通过比较TTLCD-结构体系和TTMD-结构体系的耦联微分方程，可将TTLCD-结构体系转化为TTMD-结构体系，从而得到TTLCD-主结构与TTMD-主结构质量比、频率比、主结构自振频率和主结构阻尼等，利用Ikeda公式对TTLCD阻尼比和频率比参数优化，并用有限元软件来对复杂结构减振控制进行数值计算。通过单层偏心结构和4层偏心放置单个或多个TTLCDs为例,用Ikeda公式求得TTLCDs参数，并用SAP2000进行结构分析，同时与MATLAB结果进行对比，验证了该方法的合理性和可行性。
2016 Vol. 35 (20): 183-189 [
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190
基于GAMP和EEMD的滚动轴承故障诊断研究
>潘宏侠 张翔
针对实验中采集到的滚动轴承的振动信号具有成分复杂和较强的非平稳性等特点，本文提出采用基于遗传算法优化的匹配追踪算法(GAMP)和总体平均经验模式分解(EEMD)相结合的方法，实现对滚动轴承振动信号的处理与分析。首先，利用GAMP算法将滚动轴承振动信号线性展开成能够较好的匹配该信号特征结构的一系列高斯函数，达到消除干扰噪声锁定信号的局部特征的目的；然后，针对GAMP消噪后的振动信号中可能存在的虚假频率成分或不连续的分量，利用EEMD方法来予以剔除，通过傅里叶变换将处理后的振动信号从时域转化到频域，提取出故障振动信号的故障频率；最后，采用支持向量机(SVM)对滚动轴承的正常和故障振动信号进行分类，实现了对滚动轴承的故障诊断。
2016 Vol. 35 (20): 190-196 [
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主轴回转误差引入飞切加工表面微波纹的形成机理与解决方案
>孙郅佶 1，2,毕果 1，安晨辉 2，王振忠 1，雷向阳 2,张清华 2
为分析超精密飞切机床加工表面微波纹的形成机理，本文研究了主轴回转误差信息提取与表面形貌仿真技术，获取微波纹误差来源并研究解决方案。首先，在超精密飞切机床主轴上搭载五通道在线电容位移检测系统，并对采集到的信号进行误差分析提取。然后，建立飞切加工表面微观形貌三维仿真模型，仿真分析主轴误差引入的加工表面微波纹，并与表面检测结果比对确定误差来源。最后，通过调整主轴电机控制系统抑制该误差。三维仿真和实测结果相吻合，证实超精密飞切机床主轴转速波动导致的回转误差造成了工件表面1Hz左右的规律性条纹，对主轴转速控制系统进行数字化改造后，基本消除了该因素导致的表面微波纹，表面粗糙度从5nm以上抑制到2nm左右,PV值优于10nm。超精密飞切机床主轴转速波动会对飞切加工表面微观形貌以及表面粗糙度产生显著影响，需至少控制在0.5rpm以内。
2016 Vol. 35 (20): 197-202 [
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203
硫酸盐环境下混凝土强度变化规律及微观结构分析
>聂良学1，许金余1, 2，刘远飞1，范建设3，王宏伟4
为深入探究硫酸盐对混凝土强度的削弱规律，对受 溶液腐蚀期间混凝土试件的静态力学性能及声学特性展开研究，并对腐蚀后的试件进行扫描电镜（SEM）分析。结果表明：腐蚀期间，试件静态抗压强度先增大后减小，最大增长率为12.71%，而腐蚀结束后试件静态抗压强度只有同龄期正常环境和浸泡蒸馏水环境下试件强度的82.84%和90.22%；试件纵波波速与抗压强度变化规律类似，亦呈先增大后减小趋势，且腐蚀后仅为正常环境和浸泡蒸馏水环境下试波速的87.95%和91.41%；腐蚀后试件内部结晶体较多，且排列紧密，填充于内部孔隙或分布于孔隙周围。故硫酸盐环境对混凝土具有显著的腐蚀弱化作用，极大地削弱了混凝土性能。
2016 Vol. 35 (20): 203-208 [
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209
附加粘弹性阻尼器的钢框架结构减震性能研究
>魏春彤，裴星洙
定义未加粘弹性阻尼器的结构为原结构，附加粘弹性阻尼器的结构为消能减震结构。建立12层钢框架结构模型并计算其恢复力特性，根据原结构以及采用分数微分方法计算的消能减震结构的振动微分方程，分别编制两种结构的弹塑性时程分析程序，计算在多种地震动作用下的地震反应，并对两者的能量分配进行比较分析。对消能减震结构中粘弹性阻尼器的不同布设方式以及投放量进行研究，得出阻尼器投放量与楼层的相关性并进行验证。结果表明，粘弹性阻尼器不仅具有很好的减震效果，而且可以根据阻尼器投放量与楼层的相关性确定阻尼器投放量，使结构的减震效果达到较优的状态。
2016 Vol. 35 (20): 209-219 [
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220
工业平缝机的噪声源识别与运行噪声预测研究
>张志勇1,2，刘鑫1，黄彩霞3，谭涛2
为了有效控制工业平缝机的运行噪声，有必要开展噪声源识别和运行噪声预测研究。首先基于分部运行法进行平缝机振动与噪声信号的测试实验，并对采集的振动信号进行低通滤波和去趋势项处理；然后根据分部运行下的噪声功率谱密度，确定出主要的噪声源是刺布挑线机构和旋梭机构；最后分别以主要噪声源附近的振动加速度信号和运行噪声声压为自变量和因变量，基于核偏最小二乘回归方法建立运行噪声的预测模型，开展了运行噪声对振动加速度的敏感性分析。噪声预测模型的精度分析表明，振动加速度与噪声声压之间的非线性关系能被准确建模，运行噪声预测模型具有非常高的精度。敏感性分析进一步确定，平缝机运行噪声对刺布挑线机构Y方向的振动最敏感，其次是旋梭机构Z方向的振动。
2016 Vol. 35 (20): 220-225 [
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226
充气压力对空气衬垫缓冲防护性能的影响研究
>谷吉海1，田野1，高翔2，王慧1,王成文1，迟广志3
为分析充气压力对空气衬垫缓冲防护性能的影响，综合空气垫薄膜材料的拉伸变形和气室的压缩变形，建立了空气垫的冲击压缩力学模型。分析表明增大充气压力的总体效果是将使气垫的动刚度、承受的冲击载荷下降。原因是增大充气压力将使气垫薄膜在冲击过程的拉伸变形增大，气垫的体积比V0/Vt减小，而体积比在动刚度模型中是比充气压力更高阶的项。结合空气垫的弹性变形吸能机理分析，表明气垫薄膜的弹性变形可延长冲击载荷作用时间和吸能时间，从而提高空气垫的缓冲防护性能。对不同充气压力和气室宽度的空气垫，用7.5Kg的重锤进行冲击试验，结果表明：在不超过薄膜弹性限值的前提下，增大气垫的充气压力可降低气垫承受的冲击载荷峰值，提高气垫的缓冲防护性能，充气压力每增加20KPa,冲击载荷峰值降低10%以上。
2016 Vol. 35 (20): 226-230 [
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