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2017年 36卷 17期
刊出日期：2017-08-28
论文
论文
1
基于CEEMD和小波包阈值的组合降噪及泄流结构的模态识别方法
>胡剑超,练继建,马斌,董霄峰
水流荷载激励下，泄流结构模态识别的实测振动信号常受噪声干扰。以往EEMD算法有添加白噪声造成非标准IMF导致的模态分裂问题及IMF有噪声残余不能完整重构信号的完备性问题。而完备总体经验分解法(CEEMD)，通过在信号分解的每一层面添加特定高斯白噪声，利用分解后第一阶分量加总平均得到唯一余量计算固有模态函数，克服了EEMD的缺点。同时提出CEEMD与小波包阈值结合的组合降噪方法，运用到向家坝水弹性模型实测振动信号降噪中，验证了该组合方法降噪的有效性。为了提高带噪振动响应模态识别的精度，基于数据相关技术，利用Markov参数构造相关矩阵R，用该相关矩阵重构Hankel矩阵后SVD分解得到系统最小实现，即数据相关特征系统实现法(ERA/DC)。最后将文中提出的滤波降噪结合模态识别的整套方法，应用到锦屏一级拱坝的泄流实测振动响应中，得到了较好的应用效果。
2017 Vol. 36 (17): 1-9 [
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10
电动车动力传动系机电耦合扭转振动分析与控制
>于蓬1,2 王珮琪1.2，章桐1,2,3 陈诗阳1,2 郭荣1,2
对电动车动力传动系统的机电耦合扭转振动进行分析与控制。首先，利用整车转鼓试验测得稳态工况下的电流信号，分析引发传动系统扭转振动的主要电流激励谐次；其次，基于最大转矩电流比控制方法，结合传动系统机械振动模型，搭建综合考虑机械、电气相互影响的机电耦合模型，进行仿真分析；然后，提出能够减小传动系统扭转振动幅值的电流谐波优化方法，阐述其原理并搭建其控制模块。控制前后的仿真结果表明，电流谐波优化方法可以有针对性的抑制电流的5倍、7倍谐波，减小6倍电流频率的转矩波动，降低传动系统在中高频固有频率处的振动幅值。
2017 Vol. 36 (17): 10-15 [
摘要
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278
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16
结合面接触阻尼对模态耦合系统不稳定性影响
>潘五九，李小彭，王雪，高建卓，李木岩，闻邦椿
针对目前结合面微观形貌对由摩擦和系统结构双重引起的模态耦合系统不稳定性影响的理论研究缺少，尝试从微观角度解释结合面的接触阻尼特性对宏观系统的影响。首先，对车辆制动盘制动工况进行抽象综合，给出了两自由度系统的物理和数学模型，其中的接触阻尼部分采用给出的接触阻尼分形模型。然后，分别阐释了接触阻尼比、摩擦因数、系统固有频率比及它们间的耦合效应，对系统不稳定的影响。研究方法和结果可更深入地理解结合面接触阻尼对宏观系统的影响，有一定的理论意义；同时在深入理解接触阻尼对系统不稳定的影响下可逆向反推来加工制造合适的结合面参数（分形维数D和分形尺度系数G）。
2017 Vol. 36 (17): 16-20 [
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21
运行状态下海上风机结构振源特性研究
>董霄峰，练继建，王海军
由于海上风机结构运行环境的复杂性，其振源的准确识别与振源特性研究已经成为风机运行安全性评估的重点问题。以某新型复合式筒型基础结构海上风力发电试验样机为研究对象，依据原型观测获得的全负荷条件下结构不同位置的振动响应数据，对不同运行工况下诱发结构振动的振源进行全面识别与分析。首先利用谱峭度法识别明确引起海上风机结构振动的主要振源及其对应振动响应的频域属性，再通过经验模态分解法对实测信号进行分解得到表征各振源特性的频域或频率尺度的分量，同时引入振动能量法对不同振源的能量比重进行统计分析，最后给出了海上风机结构运行状态下结构整体振动主振源及其对应振动能量分布随运行因素变化的分布规律。研究表明随着机组负荷的增加运行状态下海上风机结构振动的振源变化遵循由单一的环境荷载激励转为环境荷载激励和叶轮转动联合作用再到完全由叶轮转动产生的谐波激励影响的规律。
2017 Vol. 36 (17): 21-28 [
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29
基于时频脊线旋转匹配的多普勒矫正方法研究
>刘星辰1，胡智勇1，何清波1，朱军1
多普勒效应使信号产生畸变，增加了道旁高速列车声学故障诊断的难度。时域重采样是一种有效的多普勒畸变矫正方法，该方法需要对时间中心有一个准确估计。在深入分析多普勒畸变信号瞬时频率变化特征的基础上，提出一种新的多普勒畸变校正方法。首先用时频融合技术提高时频图的分辨率，然后对时频脊线旋转匹配以获得时间中心，从而求得重采样序列用以校正多普勒畸变。仿真信号和实验信号分析结果表明，该方法能有效实现多普勒矫正，在道旁声学故障诊断中有一定的可行性。
2017 Vol. 36 (17): 29-34 [
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35
改进EEMD方法及混沌降噪应用研究
>位秀雷1， 林瑞霖2，刘树勇2，杨庆超2
在总体平均经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition，EEMD)降噪过程中，对本征模态分量（Intrinsic Mode Function，IMF）的有效处理一直是影响降噪效果的关键。为此，提出一种基于改进EEMD的去噪方法。首先基于“3σ”法则和奇异值分解(Singular value decomposition，SVD)提取第一个IMF分量中有用信号细节。然后，利用连续均方误差准则对剩余IMF分量进行高低频区分，分别使用SVD和S-G算法提取高低频分量的有用信号，可以有效避免了高频部分有用信号的流失，同时剔除低频分量中的部分噪声，克服了EEMD去噪时IMFs难以有效处理的不足。为了验证本文方法的有效性，进行了数字仿真与双势阱混沌振动试验，结果表明，本文方法的降噪效果优于小波加权和EEMD去噪方法。
2017 Vol. 36 (17): 35-41 [
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42
水润滑橡胶轴承摩擦特性的实验研究
>覃文源1,2，杨国峰1,2，郑洪波1,2，张志谊1,2
通过测试水润滑橡胶轴承的摩擦力矩，定量分析平面型水润滑橡胶轴承摩擦特性与主轴转速、轴承比压以及回旋振动载荷之间的关系，并建立相应的摩擦系数模型，为准确预测系统在轴承摩擦激励下的振动响应特性提供重要支撑。结果表明，橡胶轴承摩擦系数随着主轴转速升高而减小；相对于磨合初期，充分磨合后的橡胶轴承摩擦系数对主轴转速变化更加敏感；相对于磨合初期，轴承比压对充分磨合后橡胶轴承摩擦特性的影响较小；回旋振动载荷对橡胶轴承摩擦系数的影响主要体现在主轴中速段。
2017 Vol. 36 (17): 42-47 [
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48
基于随机减量法的分布式结构模态参数识别
>逯静洲1 Sung Han Sim 2 Billie F.Spencer, Jr.3
分区进行平行分析处理的技术已成为大型结构密集布置无线智能传感器网络检测结构系统的重要任务。本文提出基于随机减量法的分布式数据采集和模态识别方法。以两边简支板模型试验为例，采用ISM400无线智能传感器，通过自然激励法获得测试结构的响应信号，计算随机减量函数，然后运用特征系统实现算法提取系统的状态空间参数，并结合稳定图的方法剔除虚假模态，识别出结构的模态性能参数。以模态置信度为判据对比分析分布式算法与集中式算法的识别效果，结果表明两种算法吻合良好。
2017 Vol. 36 (17): 48-54 [
摘要
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55
局部均值分解和排列熵在行星齿轮箱故障诊断中的应用
>丁闯 张兵志 冯辅周 江鹏程
目前行星齿轮箱已经在军用和民用装备中广泛应用，研究行星齿轮箱的故障诊断方法意义重大。针对行星齿轮箱在运行时产生的非线性非平稳振动，且故障特征信号微弱等问题，提出一种结合局部均值分解和排列熵的行星齿轮箱故障诊断方法。利用局部均值分解方法将不同状态下的振动信号分解为多个乘积函数分量，针对包含有故障信息的分量进行排列熵计算，以此判断故障类型。最后通过采集行星齿轮箱故障模拟试验台三种状态（齿轮正常、太阳轮裂纹故障及行星轮裂纹故障）的振动信号，对其进行局部均值分解和排列熵计算，验证了此方法的有效性。
2017 Vol. 36 (17): 55-60 [
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61
基于多尺度时不可逆与t-SNE流形学习的滚动轴承故障诊断
>姜战伟，郑近德，潘海洋，潘紫微
为了精确地提取机械振动信号的非线性故障特征，提出了一种新的振动信号复杂性测量方法——多尺度时不可逆。同时结合t-分布邻域嵌入(t-SNE)流形学习和粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)，提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法。首先，采用多尺度时不可逆提取复杂振动信号的特征信息；其次，利用t-SNE对高维特征空间进行降维；再次，将低维特征向量输入到基于PSO-SVM多故障模式分类器中进行识别与诊断。最后，论文将提出的方法应用于试验数据分析，并与现有方法进行了对比，分析结果表明，论文提出的方法不仅能够有效地诊断滚动轴承的工作状态和故障类型，而且优于现有方法。
2017 Vol. 36 (17): 61-68 [
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69
内共振作用下轴向运动黏弹性梁横向受迫振动
>黄玲璐1, 毛晓晔1, 丁虎1, 陈立群1,2
研究内共振与外部激励共同作用下，轴向运动粘弹性梁横向非线性振动的稳态响应。在运动梁动力学建模中采用Kelvin本构关系，并取物质时间导数。首次将直接多尺度法应用到轴向运动连续体的内共振研究。通过直接对连续体的偏微分-积分控制方程运用多尺度法，建立内共振条件下的横向非线性受迫共振的可解性条件。并通过稳定性分析，得到稳态响应解的稳定边界。另外，还考察了参数对响应的影响。最后，运用数值仿真验证了近似解析方法的正确性及有效性。
2017 Vol. 36 (17): 69-73 [
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74
间隙铰链对平面机构碰撞动力学特性影响分析
>王旭鹏,刘 更,马尚君,佟瑞庭
为了研究间隙铰链对机构动态性能的影响，本文首先建立了一种含轴向尺寸的线接触碰撞铰模型，在此基础上提出一种改进的非线性法向碰撞力模型和修正的切向库伦摩擦力模型，以平面含间隙铰链曲柄滑块机构为研究对象，通过不同间隙值下的滑块加速度、间隙铰链处接触力、加速度频谱以及速度-加速度相图分析，研究了间隙值对机构碰撞动力学特性的影响规律。研究结果表明：间隙会导致机构动态性能出现明显的振荡现象，且随着间隙值的增大，振荡加剧、振荡幅值上升，但振荡频率降低；同时，在间隙铰链的影响下，机构动态特性呈现出非线性现象,且间隙越大，非线性现象越明显。
2017 Vol. 36 (17): 74-78 [
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79
二维声波方程的Crank-Nicolson无条件稳定方法研究
>富志凯，石立华,黄正宇，付尚琛
一阶速度-压力声波方程的有限差分数值模拟中，由于受到Courant-Friedrich-Levy (CFL)稳定性条件的限制，在分析精细结构问题时往往效率低下。本文将Crank-Nicolson（CN）方法引入到声波方程的有限差分模拟中，给出了声波方程的CN差分格式。通过Von Neuman 方法推导分析了CN方法的稳定性条件，证明了该方法的无条件稳定性。同时，采用非均匀网格技术进行网格剖分，进一步提高了仿真效率，减少了内存消耗。仿真实验中，建立了二维多层精细结构的声传播模型，通过与传统时域有限差分的仿真结果进行对比分析，验证了本方法的有效性。
2017 Vol. 36 (17): 79-84 [
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85
通气航行体表面压力脉动特性实验研究
>张孝石1，王聪1，张耐民2，赵成功1
通过水洞实验对水下通气航行体云状空泡进行了实验研究，对比分析了不同空化数下航行体表面压力脉动特性。为了研究通气空化的脉动特性，通过动态测力系统测量了航行体表面的压力，并对压力信号进行了频谱分析，得到了通气航行体表面压力在不同空化数下通气空化的频域特征。实验得到以下结论：通气空泡形态与其对应的表面压力脉动特征随着空化数的变化存在明显不同的非定常特性，通气空化流场形态与表面压力脉动特征频率有较高的相关性。并且不同空化数下通气空化压力脉动主要是由大尺度空泡周期性脱落引起，表面压力的特征频率与空泡的断裂脱落相对应；随着空化数的减小，航行体平均表面压力峰值逐渐增大，空泡脱落后表面压力波动逐渐趋于平缓。
2017 Vol. 36 (17): 85-90 [
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91
考虑非线性阻尼的双稳态电磁式吸振器的动力学特性研究
>刘丽兰， 任博林，朱国栋，杨倩倩
本文将非线性阻尼引入到双稳态电磁式振动能量捕获器中，提出了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器。建立了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器和主系统的力学模型和数学模型。分析了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器随非线性阻尼系数的分岔情况。数值仿真研究发现，特别是在频率共振区域，考虑附加非线性阻尼的双稳态吸振器比线性阻尼的双稳态吸振器对主系统减振更有优势。并进一步获得了主系统及考虑非线性阻尼的双稳态吸振器振动能量随非线性阻尼参数的变化曲线，发现了非线性阻尼对主系统减振及吸振器发电的影响规律。上述研究工作可为双稳态吸振器的研究提供参考。
2017 Vol. 36 (17): 91-96 [
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97
油气爆炸在细长密闭管道内的振荡传播特性
>王波，杜扬，齐圣，袁广强，王世茂
针对细长密闭管道内汽油蒸气-空气混合气爆炸的振荡传播特性进行实验。研究表明：细长密闭管道内的油气爆炸分为振荡和非振荡两种爆炸模式；振荡爆炸超压呈现出锯齿状振荡特征，其超压增长期由4个阶段组成：第1阶段无明显的压力上升；第2阶段的高压力上升速率与快速的火焰有关；第3阶段的超压振幅以抛物线形式增长，此阶段是否有压力振荡与油气浓度、管道长径比有关，第3阶段的振荡周期随时间减小，振荡周期与火焰锋面前方的未燃区长度有关；第4阶段的超压振幅以指数形式增长，振荡周期趋于稳定并随管道长度的增加呈线性关系增加，振荡周期受到油气浓度的影响；振荡爆炸只在一定油气浓度范围内发生，且振荡爆炸的发生与油气浓度、管道长径比有关；振荡爆炸极限范围及其在油气的爆炸极限内所占比例均随管道长径比的增加而增大。
2017 Vol. 36 (17): 97-103 [
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104
深水管道在动力载荷作用下的局部压溃特性研究
>赵保磊1,2，余建星1,2，孙震洲1,2，高静坤3，刘浩3
管道在深水环境中易遭受外压和动力载荷的联合作用，该状态下结构的局部压溃特性还有待与深入探索。建立了管道数值模型，模拟结构屈曲过程并得到临界动力载荷幅值；对影响管道局部屈曲的动力载荷频率、外压大小、管道长度、初始椭圆度缺陷等敏感性因素进行了分析。结果表明，管道截面壳振动使管道承载能力下降是诱发局部压溃的主因，动力载荷对管道的危害大于静力载荷，动力载荷频率接近于截面壳振动频率最易引发局部压溃，管道长度降低可以大大降低动力作用下局部压溃的可能性。
2017 Vol. 36 (17): 104-110 [
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111
黄土与地铁车站动力相互作用模型的水平位移及沉降分析
>权登州 1，王毅红 1，叶 丹 1，井彦林 1，陈 苏 2
在黄土场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。基于实测数据对黄土与地铁车站接触动土压力、模型地基竖向沉降及水平位移进行分析，对试验中模型地基地震破坏特点进行描述。结果表明：结构侧面顶部动土压力大于中部和下部，随输入峰值加速度的增大结构侧面土压力均增大；地震动较大时，地基层间剪切位移呈现顶部最大，底部次之，中部最小；地表沉降随输入峰值加速度的增加而增大，西安人工波作用下地表沉降大于松潘波和Taft波作用下沉降；结构上方地表沉降始终小于周围土层，表明结构发生相对上升运动；分析发现，结构顶、底动土压力差提供结构上升运动的内在动力。回归分析表明，地基水平相对位移与土层深度可用三次多项式拟合，两者之间具有较好的相关性。
2017 Vol. 36 (17): 111-119 [
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120
涡轮机叶片同步振动参数辨识方法研究(建模仿真)
>王维民，任三群，陈立芳，黄山
基于叶尖定时非接触式叶片振动测量技术，提出一种需要较少传感器又能提高测量精度的叶片同步振动参数分析方法。通过低转速到高转速运行过程，测量出叶片振动位移随转频变化之间的关系，根据非线性最小二乘拟合算法获得叶片谐共振点处的中心频率、振动最大幅值、相位、振动恒偏量，但无法获得叶片振动倍频值。对谐共振动点附近处的频率值进行恒速运转，不同位置处的传感器获得不同的振动位移，通过GARIV算法获得各叶片在对应谐共振频率点处的倍频值，结合扫频拟合获得的叶片振动参数可做出叶片坎贝尔图。基于以上的识别方法，提出了叶尖计时传感器的布置方法，并对实际测量中可能存在的干扰因素进行了详细的仿真分析，验证了方法的可行性。该辨识方法的实验验证将在《涡轮机叶片同步振动参数辨识方法研究(实验研究)》一文中给出。
2017 Vol. 36 (17): 120-126 [
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127
涡轮机叶片同步振动参数辨识方法研究(实验研究)
>王维民，任三群，陈立芳, 邵化金
为满足工程应用环境中用尽可能少的传感器和更紧凑的安装空间中实现叶片振动的精确测量，在叶尖定时测量方法的基础上，提出并实验研究了基于变速扫频拟合和辅助参数全局自回归法（GARIV法）相结合来辨识叶片同步振动时的振动参数。建立了高速直叶片实验台（最高转速45000r/min, 叶尖线速度322.8m/s）。在实验研究过程中，完成了叶片同步振动的参数辨识（中心频率、振动最大幅值、相位、振动恒偏量和倍频值），准确绘制出安装6个磁铁激励下的叶片振动坎贝尔图。同时对不同激励个数时叶片谐振动做了实验研究和分析。通过对比叶片的预应力模态计算结果和实验辨识结果， 6%。该方法可为叶片故障预警、动应力非接触测量提供技术途径。
2017 Vol. 36 (17): 127-133 [
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134
基于孔隙演化的砂土冲击绝热关系研究
>高飞,2，邱艳宇1，2，王明洋1，2，张先锋1，程怡豪2
基于砂土多孔、含水的特性，对动载荷作用下孔隙演化对砂土冲击绝热关系的影响进行了研究。基于砂土基体的不可压缩假设，采用单个球形气孔等效模型和广义Mises屈服准则推导了砂土考虑孔隙压实的演化方程；根据冲击Hugoniot突跃条件和Grüneisen型方程，获得了砂土考虑孔隙演化的状态方程；根据混合物冲击波关系和孔隙演化状态方程，获得了砂土基体材料冲击绝热关系、干砂土和湿砂土冲击绝热关系，并与已有实验结果进行了对比。结果表明：计算得到的绝热线与实验数据吻合较好，该孔隙演化状态方程能够较为准确的反映动载作用下砂土的动态响应过程。
2017 Vol. 36 (17): 134-140 [
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141
粘性液体爆炸抛撒模型
>康凯1,2 马峰2 王红英1 王树山2
粘性液体爆炸抛撒模型的建立对数值模拟粘性液体爆炸抛撒形成的抛撒云团过程具有重要意义。粘性液体爆炸抛撒包含液体初始驱动、空化效应产生、液体环形成、射流形成和断裂、液滴破碎等现象，这是一个复杂的物理过程。根据不同阶段、不同现象流动特征，建立牛顿粘性流体爆炸抛撒数学模型，计算得到液体抛撒速度、抛撒半径以及液滴尺寸分布。计算结果表明抛撒半径与粘度成正比，而抛撒速度衰减曲线曲率与之成反比。为验证数学模型的准确性设计试验，试验结果与结论一致，模型准确性得到验证。
2017 Vol. 36 (17): 141-145 [
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146
高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性研究
>满 轲1,2，刘晓丽3，宫凤强4，马洪素1,2，陈振鸣5，王 驹1,2
基于MTS815及SHPB装置，分别进行了高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的静态及动态力学特性试验。针对该区域的钻孔花岗岩岩芯，开展了一系列的静态拉伸、静态单轴压缩、动态拉伸、动态压缩，以及一维动静组合拉伸加载试验。特别是，该批次试验所用岩芯均取自同一深度处（深度360m左右）的花岗岩，所获得的对比与分析结果对于同一岩石力学特性研究更有代表性意义。测试结果显示：该花岗岩的静态拉伸强度约为11.75MPa，单轴压缩强度约为175MPa。单轴压缩强度约为抗拉强度的14倍。在加载率为0.34×106MPa/s~0.51×106MPa/s时，其动态拉伸强度约为25MPa~35MPa。在应变率为80/s~160/s时，其动态压缩强度测试值区间为138MPa~208MPa。并且随着加载率或应变率的提高，无论是动态拉伸强度特性或动态压缩强度特性均随之增大，这说明了花岗岩的率相关加载效应特性。进一步的实施了该花岗岩的一维动静组合拉伸加载试验，发现随着轴向静压的增大，岩石的抗冲击强度呈现出先增大后减小的趋势。大约在静载抗拉强度的50%时，抗冲击拉伸强度达到最大值，随后平缓减小。并且，随着轴向静压的增大，岩石的动静组合拉伸强度亦随之快速增大，最大可达到静载拉伸强度的3倍，抗冲击拉伸动载的1.5倍。同时，在冲击破坏情况下，岩石组合加载破坏模式呈现拉伸破坏，与静态拉伸破坏及一般冲击下的劈裂破坏特征基本一致。综上表明，该地段试验深度处的钻孔岩芯，其力学特性较为稳定，从工程建造角度而言，可作为高放废物地质处置的一个参考预选地段。但试验获取数据尚未充足，需通过不同钻孔以及不同深度处岩石的动、静力学特性试验及渗透试验、地应力测试等其它试验项目，进一步深入研究其在不同轴向静压及不同冲击动载下，岩石承受的临界动载荷值等力学特性。本研究的试验数据与理论可支撑于深部地下工程的爆破开挖及高放废物的深地质处置。
2017 Vol. 36 (17): 146-156 [
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157
冻融环境下砖砌体组合墙的抗震性能试验
>郑山锁，牛丽华，程明超，孙龙飞
为研究冻融大气环境下构造柱-圈梁约束砖砌体墙的抗震性能，利用气候模拟实验室对4片组合单墙片和4片组合双墙片试件进行了加速冻融试验，进而对其进行了拟静力加载试验。试验结果表明：试件在低周反复荷载作用下均表现为剪切破坏，冻融环境对砖砌体组合墙的破坏形态有一定影响；随着冻融循环次数的增加，试件的开裂荷载和极限荷载不断降低，刚度及耗能能力逐渐退化，而开裂位移和极限位移逐渐增加；冻融循环次数相同时，组合双墙片的承载能力、变形能力和耗能能力均高于组合单墙片，其滞回曲线更加饱满，延性系数约为组合单墙片的1.2倍，刚度退化速率明显降低,表明在冻融环境下设置多道构造柱可有效提高砖砌体组合墙的抗震性能。建立了考虑冻融循环作用次数的砖砌体组合墙受剪承载力公式，且计算结果与试验结果吻合较好。
2017 Vol. 36 (17): 157-164 [
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基于源汇分布法的浸水结构振动特性分析
>熊吕露1 2,王德禹1 2
提出了一个考虑线性波自由液面对浸水结构附连水质量影响的修正方法。基于源汇分布法应用伽辽金法获得线性波自由液面边界条件下虚拟点源位置及流体速度势的近似解，进而得到相应的附连水质量。以部分浸没悬臂板及某舰机舱双层底模型为研究对象，通过MATLAB程序计算它们的前三阶横向振动频率，计算结果分别与实验结果和有限元结果进行比较分析。结果表明该方法不仅可以较为准确地反应线性波自由液面对附连水质量的影响，尤其在结构浅吃水或低频振动的情况下修正效果更为明显，而且避免了求解大型动力学方程，提高了计算效率。
2017 Vol. 36 (17): 165-169 [
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170
门式框架结构的瞬态波动响应和自振特性研究
>许兰兰,余云燕
本文研究门式框架结构在瞬态波动作用下的动力响应求解和自振特性分析问题。文中首先建立了局部坐标系下节点位移协调条件和力平衡条件，借助回传射线矩阵法，得到了方波脉冲激振力作用下的门式框架结构的动力学响应函数。在此基础上，通过离散Fourier逆变换和卷积变换，得到单位脉冲作用下框架结构的瞬态波动响应，并进一步探讨了门式框架结构的自振频率和模态特征。
2017 Vol. 36 (17): 170-178 [
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179
雷暴风激励下简支梁式屋盖结构的风振响应参数化分析
>周臻，丁惠敏，孔祥羽
基于时域分析方法对简支梁式屋盖结构在雷暴冲击风作用下的风振响应进行参数化研究。利用混合随机模型对雷暴冲击风强风荷载进行数值模拟，其中平均风采用Wood竖直风剖面方程与Holmes经验模型模拟，脉动风采用基于Kaimal目标谱的自回归AR模型模拟，谱分析结果表明雷暴风模拟结果具有较好的精度；分析了结构主要参数和雷暴风参数对结构风振响应的影响，结果表明：结构刚度、跨度、最大风速半径及风暴移动速度对结构的风振响应影响较大。针对雷暴风中平均风和脉动风响应均随时间变化的特性，采用基于包络概念的整体风振系数计算方法，分别研究了不同参数下的整体位移风振系数和整体荷载风振系数，结果表明，采用结构整体位移风振系数进行雷暴风等效静风荷载分析具有更高的精度。
2017 Vol. 36 (17): 179-186 [
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轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究
>覃文源1,2，覃会1,2，郑洪波1,2，张振果1,2，张志谊1,2
以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象，研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明，系统于某一确定转速产生自激振动，并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失，各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理，建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时，首先将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构，分别获取固有振动频率和模态振型，然后建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型，并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程，分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明，失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态，支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。
2017 Vol. 36 (17): 187-194 [
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半球壳冲击土壤的SPH-FEM耦合分析方法
>罗杰1，肖建春1，马克俭1，毛家意2
SPH 方法作为一种具有无网格、拉格朗日性质的动力学求解算法，已经广泛应用于冲击动力学的研究。采用SPH-FEM耦合分析和8组试验进行半球壳冲击土壤的对比分析，比较加速度时程曲线和局部变形图，验证SPH-FEM方法在处理此类问题中的适用性。利用SPH-FEM方法得到的能量和冲击力时程曲线，归纳出土壤的能量耗散机理。分析表明，数值模拟结果和试验结果吻合较好，SPH-FEM方法能胜任模拟半球壳冲击土壤的整个过程。土壤是一种很好的能量缓冲体。
2017 Vol. 36 (17): 195-199 [
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200
界面自由度柔性等效与子结构频响函数综合方法
>张勇，侯之超，赵永玲
针对频响函数子结构综合法中由于转角自由度频响函数缺失造成的综合建模误差较大的问题，提出了界面自由度柔性等效方法。将界面分为若干子界面，假定子界面刚性，通过最小二乘坐标变换，提取可描述子界面特征的6自由度分量，据此实现对子界面的刚性等效，综合所有子界面的等效自由度即形成界面的柔性等效。利用等效后的界面柔性自由度与原界面自由度的关系，对子结构的原始频响函数进行相应地变换，并将其应用到子结构频响函数综合方法中。仿真结果表明，将界面自由度进行柔性等效能明显提高频响函数的综合精度。
2017 Vol. 36 (17): 200-205 [
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206
某弹簧分离装置冲击环境统计分析及天地差异性研究
>高庆,2，商霖2，苏大亮3，朱辰2，蔡毅鹏2，赵永辉1
在分析某弹簧分离装置冲击环境的过程中，发现设备支架相同位置处的冲击数据在多次地面和飞行试验之间存在较大差异。统计分析表明两组冲击环境近似服从对数正态分布；一致性检验结果证明两冲击环境存在显著差异，但散差量级基本一致；初步分析认为边界条件和测量系统是导致天地差异性的主要原因。这些结论能为冲击环境的统计分析、条件制定以及试验设计等提供参考。
2017 Vol. 36 (17): 206-210 [
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211
附设粘滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点动力性能试验研究
>薛建阳，董金爽，隋，戚亮杰，许丹
为研究附设粘滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点在地震作用下的抗震性能，设计制作了3个仿古建筑混凝土枋-柱节点，包括2个附设粘滞阻尼器的有控结构试件，1个未附设粘滞阻尼器的无控结构对比试件，对其进行动力试验。观察试件的受力过程及破坏特征，分析其受力机理及破坏模式，并研究了其荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化等力学特性。试验结果表明：附设粘滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点的抵御外荷载的能力明显高于未附设粘滞阻尼器的无控结构，屈服荷载提高幅度平均值约为27.4%，极限荷载提高幅度平均值约为22.4%；附设阻尼器的有控结构位移延性及耗能能力均优于无控结构，且有控结构的骨架曲线在达到极限荷载之后的下降段更为平缓；极限荷载时，有控结构的等效粘滞阻尼系数提高幅度约为27.3%~30.8%，说明附设粘滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点具有更为优越的抗震性能。
2017 Vol. 36 (17): 211-219 [
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220
基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性及参数影响研究
>任博林，刘丽兰，张小静，李淑超
基于双稳态发电建立了在简谐激励下的非线性吸振器的动力学模型。从数值仿真的角度研究了在简谐激励下基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性，分析了激励频率和激励幅值对吸振器发生大幅混沌运动的影响规律。研究了调谐频率比f、质量比μ、非线性强度β和吸振器的阻尼系数γ_1对非线性吸振器和主系统动力学特性的影响，得到了主系统发生共振和非共振情况下非线性吸振器的最优参数配置，为非线性吸振器的优化设计提供理论基础。
2017 Vol. 36 (17): 220-230 [
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231
三跨斜交简支梁桥动力计算模型简化方法研究
>湛 敏1,2， 王军文1,2， 闫聚考3
以一座斜交角为45的330m简支梁桥为工程背景，借助OpenSees软件建立单梁模型和多梁模型，在忽略碰撞效应、仅考虑伸缩缝处纵向碰撞效应、同时考虑伸缩缝处纵向碰撞与抗震挡块处横向碰撞效应三种情况下，分析地震引起的桥面峰值转角及纵向最大位移的变化规律，并通过与精细化板单元模型计算结果的对比研究两种模型的计算精度。结果表明：忽略碰撞作用时，多梁模型和单梁模型均能合理反映三跨斜交简支梁桥实际的地震反应；考虑碰撞作用时，多梁模型的计算精度普遍高于单梁模型；通过改进单梁模型主梁节点质量的分布方式，可提高计算结果的精度，平均可提高8.7。
2017 Vol. 36 (17): 231-237 [
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238
浅埋偏压小净距隧道加速度响应规律试验与数值模拟研究
>王飞飞1,2，江学良1,2，杨慧1,2，连鹏远1,2，牛家永1,2
为了获得浅埋偏压小净距隧道在地震作用下的加速度响应规律，采用振动台试验与数值模拟相结合的方法，以双向大瑞波（DR-XZ）作为加载波，研究了在不同加速度激振峰值作用下浅埋偏压小净距隧道的加速度响应规律，探讨了非偏压与偏压对浅埋小净距隧道加速度响应的影响。研究结果表明：在双向加载波水平方向上隧道的右半拱加速度响应较为强烈，竖直方向上拱顶与拱脚处加速度响应较为强烈；相对比隧道在加载波的水平方向上加速度响应，竖直方向上隧道加速度响应较为剧烈；地震波的激振方向对隧道加速度响应有较大的影响；隧道测点加速度响应变化趋势受上覆岩层的厚度、中岩柱及岩质边坡等因素影响；振动台试验值与数值模拟值之间的误差在合理的范围内，且两者变化趋势较为相似，验证了振动台试验的合理性与数值模拟结果的可靠性；相对于偏压隧道，非偏压隧道的加速度响应规律性较强，偏压对隧道加速度响应的影响作用较强。
2017 Vol. 36 (17): 238-247 [
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248
具有褶皱薄弱段的正弦波纹梁吸能性能研究
>周华志 1,王志瑾 1,韩微 1,江彬彬 1
薄弱环节的设置对波纹梁吸能性能的影响很大，好的薄弱环节可以降低波纹梁的冲击过载，从而降低结构传递给乘员的过载，并使波纹梁产生稳定的渐进压溃，以吸收更多的能量。提出了褶皱薄弱环节的概念，并对带有褶皱薄弱环节的波纹梁吸能性能进行了研究。首先，对具有弧形薄弱段的波纹梁进行了有限元仿真，验证了仿真分析方法的正确性。在此基础上，建立了带有褶皱薄弱段的正弦波纹梁的有限元模型，对波纹梁几何参数对其吸能性能、坠毁冲击时的最大加速度的影响进行了研究。研究发现：褶皱薄弱环节能够有效降低波纹梁的最大冲击载荷，且对波纹梁吸能性能的影响不大。以上研究结果对波纹梁在吸能结构中的应用具有一定的指导意义。
2017 Vol. 36 (17): 248-254 [
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255
考虑地震动空间非一致性的地铁车站结构振动台试验研究
>谷音，吴怀强，卓卫东，孙颖
长度超过百米的地下结构受到地震动空间变异性的影响较大，为深入了解粉质粘土地基条件下地铁车站在非一致地震动激励下的动力反应规律，设计并完成了粉质粘土地基条件下非一致地震动激励下地铁车站模型的振动台试验。为模拟粉质粘土地基设计制作了刚性土箱，对模型材料配合比以及钢筋配筋设计等进行了分析研究，根据动力相似理论，开展了纵向非一致地震动激励下地铁车站结构模型的振动台试验，通过对实测加速度、土压力以及构件应力等试验结果的分析，得出地铁车站结构在地震波先后到达不同横截面的动力反应差异、同一横截面各构件的动力反应差异以及地铁车站结构与土体的动力反应差异，得到纵向非一致地震动激励下地铁车站结构的动力反应规律。
2017 Vol. 36 (17): 255-261 [
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262
高维非线性映射系统的不稳定流形计算方法研究
>贾 蒙
提出了一种基于曲率约束条件的计算离散动力系统鞍型不动点一维不稳定流形的新算法，并以Hénon映射为例进行了计算。新算法以增长流形为基本思想，通过曲率约束和距离控制来确定离散点间的距离；提出流形的偏转角度可以通过流形上的已知点来预测，解决了流形上新点的原像位置快速确定的困难。仿真发现：Hénon映射的一维不稳定流形在标准参数下与Hénon映射产生的散点图分布一致，在其它几组参数下，一维不稳定流形的两个分支之间保持着某种程度的对称性，本研究对Hénon映射的进一步研究打下基础。
2017 Vol. 36 (17): 262-266 [
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