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2017年 36卷 19期
刊出日期：2017-09-28
论文
论文
1
狙击步枪弹/枪相互作用数值研究
>刘国庆，徐诚，丁传俊
为深入研究弹头膛内发射过程，基于非线性有限元理论建立了弹/枪相互作用数值计算模型。模型将内弹道计算与弹头发射过程有限元计算相耦合，真实的反映了膛压生成与弹头膛内运动之间的耦合关系；模型考虑了弹头挤进过程，将挤进过程与后续内弹道过程相结合，保持了内弹道过程的完整性；模型考虑了枪管在重力作用下的预弯曲现象，是一个较为完善的求解弹头发射过程理论模型；通过对比试验结果与仿真结果证明了模型的正确性。借助该模型对弹头膛内发射过程进行了数值计算，获得了弹头受力、应力/应变分布、有无重力作用下的枪口振动情况与弹头膛内摆动情况，揭示了弹/枪相互作用机理。
2017 Vol. 36 (19): 1-7 [
摘要
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8
基于随机共振理论对2FSK信号输出误码率的研究
>王硕，王辅忠，尚金红，张光璐
2FSK信号常用于进行中低速数据传输，但在强噪声背景下2FSK信号接收产生的误码率较高，基于以上问题提出了一种基于随机共振理论降低2FSK信号相干接收误码率的新方法。根据随机共振原理建立了非线性系统模型，进行数值实验研究，并与传统降低误码率的解调方法进行对比。实验数据显示：系统输入信噪比在-14.3dB～0dB区间时，输出的误码率会呈现大幅度的降低，其中系统输入信噪比在-6.5dB时，相比于传统模型误码率下降了14.3%,同时输出的频谱载波幅值是传统方法的2.07倍,系统输出信号的准确率得到大幅提升。
2017 Vol. 36 (19): 8-12 [
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13
基于非局部理论的轴向运动粘弹性纳米板的参数振动及其稳定性
>刘金建，谢锋，姚林泉，李成
研究了轴向运动粘弹性二维纳米板结构的非局部横向参数振动及其稳态响应。利用哈密顿原理推导了问题模型的控制方程，应用多尺度法分析了带有周期脉动成分的变速运动粘弹性纳米板的失稳现象。根据边界条件及复模态法可确定模态函数的表达，讨论了其特例匀速运动时固有频率与小尺度参数的关系，重点探讨了当脉动频率为两阶固有频率之和或者为某阶固有频率二倍时所发生的和型组合参数共振及主参数共振。结果表明：小尺度参数的存在使得轴向运动粘弹性纳米板的弯曲刚度及固有频率减小，并导致组合参数共振失稳区域减小但主参数共振区域增大，同时削弱了粘弹性系数对主参数共振区域的影响。同等条件下，粘弹性系数对组合共振区域的影响更为明显。
2017 Vol. 36 (19): 13-20 [
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21
基于行波分解的泛频响函数法在高承台桩灾后无损检测评估中的应用研究
>李振亚1，王奎华1，吴文兵2
针对现有方法在高承台桩灾后无损检测和评估中的局限性，本文提出了基于行波分解的泛频响函数法。首先，将承台对桩顶的作用简化为粘弹性支撑边界，采用自行编制的波动分析程序求得检测截面处的泛频响函数；然后，通过在该位置虚拟输入半正弦激励脉冲，将泛频响函数所包含的信息转换到时域内进行分析，得到检测截面以下虚拟隔离单桩桩顶的速度时域响应曲线；最后，分析了相关参数对泛频响函数和由此转换而来的时域响应的影响。结果表明，基于行波分解的泛频响函数法，能在不破坏上部结构的前提下，完全消除其对检测结果的影响，从而将复杂结构体系下的基桩转化到单桩模式下进行检测分析，简化了检测步骤，降低了分析难度。
2017 Vol. 36 (19): 21-28 [
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29
基于能量法的调谐粘性质量阻尼器地震响应预测式研究
>裴星洙，邱吉祥，伏恬甜
建立附加调谐粘性质量阻尼器的多层钢框架结构，简要分析其力学模型。建立能量平衡方程，并给出主结构弹性振动能、阻尼器弹性振动能、阻尼器粘性阻尼耗能的表达式，推导出剪力系数和层间位移的预测式。提出质量阻尼能量分散系数和粘性阻尼能量分散系数的简化计算公式。利用时程分析法验证了预测式和简化计算公式的准确性。利用位移降低率和剪力降低率的不同线性组合得出不同使用要求下的阻尼器优化置放量。结果表明：（1）简化计算公式能够近似地计算能量分散系数；（2）本文的预测式包络时程分析法的结果，能够比较准确地预测结构的地震反应；（3）当采用优化分布规律，质量比为0.2，刚度比为0.8，阻尼器阻尼比为0.8时，各种使用要求下的减震效果最佳。
2017 Vol. 36 (19): 29-35 [
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36
钢管束组合剪力墙变形性能研究及有限元分析
>陈志华1,2，姜玉挺2，张晓萌2，杨强跃3，李文斌3，胡立黎3，李杰2
提出一种新型钢板剪力墙结构-钢管束组合剪力墙。对7组钢管束组合剪力墙在往复荷载作用下的性能进行试验研究，分析其滞回曲线及骨架曲线，并对墙体变形能力及钢板应变性能进行了分析，研究墙体在不同阶段破坏形态。同时以该试验为基础，采用ABAQUS有限元软件分析钢管束组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢管束组合剪力墙具有较高的承载力和良好的抗震性能，滞回曲线饱满。对不同钢管束截面，钢板厚度，剪跨比以及是否布置栓钉等参数进行了分析，对比其受力模式。通过试验现象、应力应变分析及有限元分析可以看出，试件最终破坏多为墙体下部出现钢板受压屈曲或受拉撕裂及混凝土压溃。
2017 Vol. 36 (19): 36-45 [
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46
高速列车车下设备对车体垂向振动影响规律研究
>贺小龙,张立民,鲁连涛
车下设备因其质量较大，对车体的振动模态特性和车辆乘坐舒适性都有着重要影响。本文建立了9自由度的车体-设备刚柔耦合数学模型，获得了车体中部、构架上方三个参考点的加速度频率响应函数表达式，研究了车下设备对车辆垂向振动的影响规律。文中考虑了在几何滤波效应、设备的安装方式（刚性、弹性）、运行速度等因素作用下，车体的三个参考点在垂向弯曲频率下的振动加速度响应特性，最后讨论了设备的质量以及吊挂阻尼比对车体振动水平的影响。研究结果表明：设备弹性悬挂能有效降低车体振动水平，在速度低于150km/，几何滤波效应对车辆的振动影响较大，在此速度范围内设备悬挂参数设计应该充分考虑几何滤波效应的影响，合理的选择设备质量和阻尼比能有效控制车体的振动。
2017 Vol. 36 (19): 46-51 [
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52
新型密封偏心自适应调节方法与减振实验研究
>李宽，何立东，涂霆
针对转子偏心引起的密封流体激振问题，设计了一种新型偏心自适应调节密封结构。该结构可自适应地减小转子偏心量，抑制密封流体激振。对其抑振机理进行探究，得出当偏心自调结构的固有频率和转子密封系统的激励频率一致时，其抑振效果最好；随着两者差值增大，其抑振效果变弱。以水作为密封介质，测量了不同弹簧刚度下偏心自调结构的固有频率，并改变转子转频，对其抑振规律进行实验研究。结果表明该结构固有频率随弹簧刚度增大而增大，但与激励频率差别较大，振动降幅只在10%~20%之间。将偏心自调结构浸于水，测量其固有频率，对其抑振规律进行实验研究。结果表明浸在水中时该结构固有频率值依然随弹簧刚度增大而增大，但比在空气中时减小了约40%，更加接近激励频率，抑制效果显著，振动降幅最大可达41.27%。
2017 Vol. 36 (19): 52-59 [
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60
Kagome夹心板的多模态压电分流振动控制研究
>郭空明，徐亚兰
针对Kagome夹心板的多模态振动控制问题，本文提出了一种独立模态压电分流振动控制方法。首先建立了结构与压电换能器耦合系统的有限元模型，之后详细阐述了Kagome夹心板的独立模态压电分流振动控制策略，并针对自由振动问题提出了一种实用的多分流电路参数优化方法。结果表明：文中提出的控制方法能显著提高Kagome夹心板结构的阻尼特性，加快自由振动的衰减，同时各压电分流电路之间具有很好的独立性。
2017 Vol. 36 (19): 60-65 [
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66
2A16铝合金中应变率力学性能研究
>惠旭龙 白春玉 葛宇静 舒挽
为研究2A16铝合金的中应变率力学性能及热处理状态对其应变率敏感性的影响，利用电子万能试验机和高速液压伺服试验机对其（O状态和T4状态）进行常温下准静态和中应变率力学性能试验，得到不同应变率下的应力应变曲线，并基于修正的Johnson-Cook 本构模型对其进行拟合。结果表明：在应变率10-4~102s-1范围内，热处理状态对2A16铝合金的应变率敏感性有较大影响，其中2A16-O状态铝合金的应变率敏感性较强，而2A16-T4状态铝合金的应变率敏感性较弱，但两种材料均具有较强的应变硬化效应；此外，修正Johnson-Cook 本构模型的拟合结果与试验结果吻合很好，能够很好表征材料的动态力学行为。
2017 Vol. 36 (19): 66-70 [
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71
基于EMD与相关系数原理的故障声发射信号降噪研究
>刘东瀛1 邓艾东1 刘振元2 李晶3 张瑞1 黄宏伟4
声发射信号经常受到许多非平稳非线性噪声的干扰，这给对有用声发射信号的识别增加了困难。依据相关系数原理提出了一种基于经验模态分解的旋转机械碰摩声发射信号的去噪方法，通过求出含噪信号经过经验模态分解后所得到的各阶本征模态函数与含噪信号自身的相关系数，根据其变化规律并结合经验模态分解的滤波特性，选取被噪声污染程度较低的本征模态函数对信号重构以达到去噪目的。该方法应用于被不同种类噪声污染的碰摩声发射信号的去噪，实验结果表明此方法能有效的去除噪声，并具有不受主观参数影响，结果稳定，自适应等优点。
2017 Vol. 36 (19): 71-77 [
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78
涡激振动型水力复摆式压电俘能器的仿真与实验研究
>宋汝君1，单小彪2，范梦龙2，谢 涛2
针对低速水流的能量收集问题，提出了一种复摆式涡激振动压电俘能器。该俘能器由压电悬臂梁与尾端圆柱平行连接组成，具有免予封装绝缘，振动响应大，易于在低速水流中产生涡激共振等优点。通过流-固-电耦合仿真分析和实验测试的方法，研究了水流流速对复摆式压电俘能器振动和俘能的影响规律。结果发现：俘能器的输出功率随负载电阻先增大后减小，存在最优电阻可使俘能器的输出功率最大。俘能器的振动幅值和功率输出均随流速的增大而先增大后减小，在涡激共振处出现最大值；振动频率整体随着流速的增大而增大，但在涡激共振区域，由于“锁定”，俘能器的振动频率基本保持在俘能器的固有频率处。俘能器输出功率随圆柱直径的增大而增大，但涡激振动速度也相应的提高。
2017 Vol. 36 (19): 78-83 [
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84
基于正交检验法的颤振分析模态跟踪技术
>蒋令闻1,2,杭晓晨1,2，费庆国1,2
模态跟踪是颤振分析的关键问题之一。常见的基于模态置信度的跟踪方法在颤振点附近常会出现错误导致跟踪失败。本文通过探究该方法的数学机理，阐明了基于模态置信度跟踪方法存在的缺陷，进而引入左特征向量，研究了一种基于正交检验法的模态跟踪技术。采用一悬臂直翼盒模型开展仿真研究，在状态空间下进行颤振分析，基于正交检验法得到其根轨迹图，并将模态跟踪结果与MAC值法进行对比，证明了正交检验法具有更好的模态跟踪效果。
2017 Vol. 36 (19): 84-89 [
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90
采用环形TLCD的自立式钢管结构减振试验研究
>陈 鑫1 李爱群2,3 王 洪4 周广东3
近年来自立式钢管结构在动力作用荷载下的损伤和倒塌时有发生，调谐液柱阻尼器（Tuned Liquid Column Damper, TLCD）作为一种调频减振器，特别适用于高耸结构的振动控制。围绕环形TLCD在自立式钢管结构中的应用，介绍了环形TLCD的构造，并推导其力学模型，进而建立了自立式钢管结构环形TLCD减振的动力方程。随后，根据自立式钢管结构试验模型设计了试验用的环形TLCD，并确定了加载与测试方案。针对自立式钢管结构，提出了基于模拟退火算法的模型修正方法，并以底部转动刚度和刚度修正系数为变量，以前3阶实测频率为目标，进行了算例研究，修正后的数值模型频率最大误差仅为1.74%。最后，开展了环形TLCD减振试验，并结合修正后的数值模型对试验结果进行了比较分析。研究表明，试验中采用的环形TLCD能够使自立式钢管结构等效阻尼比由0.0134增加到0.0267，从而有效减小了结构动力响应，且所编制的程序能够一定程度预测该类减振结构体系的动力响应。相应的数值分析方法与模型试验能够为自立式钢管结构环形TLCD的设计与应用提供参考。
2017 Vol. 36 (19): 90-97 [
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245
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98
潮流能水轮机叶轮压力脉动特性分析
>陈正寿1,2，张国辉1,3，赵宗文1，程枳宁1，郑武4
潮流能水轮机周围流场的压力脉动是影响水轮机运行稳定性的关键因素之一。本文基于CFD单、双向流固耦合方法和滑移网格技术，对水平轴潮流能水轮机叶轮实施了三维数值模拟。通过分析水轮机周围流场的非定常流动，得到了三种不同工况下叶轮的应变特征、各监测点的水压力脉动和频域振动特性。计算结果显示，双向流固耦合计算得到的最大变形量与最大应力值均较单向流固耦合时略大，随着水流速度的增加，叶轮叶片的应变量增幅与有效应力增幅逐渐降低；水轮机的压力脉动幅值由叶尖到叶根基本呈递减趋势；水轮机压力脉动的主频率集中在相应工况的叶频附近，且水轮机叶片背面的压力脉动比正面的波动程度要剧烈。
2017 Vol. 36 (19): 98-105 [
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178
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106
基于自适应筛选EMD和CFDC的变压器绕组状态检测
>杨毅1，王丰华2，段若晨2，杜胜磊1，刘石1，杨贤1
为更加准确地检测变压器的绕组状态，本文提出了自适应筛选EMD算法来对变压器突发短路下的非平稳和强时变振动信号进行分解，进而根据得到的Hilbert边际谱定义了中心频率分布系数（central frequency distribution coefficient，CFDC）来对变压器绕组状态进行检测。仿真分析和某大型变压器实测振动信号的计算结果表明，增加了自适应筛选因子的改进EMD算法能够有效地抑制模态混叠现象，提高了振动信号分解的准确性，所定义的CFDC及其变化可以清晰地反映出变压器绕组状态改变的演变过程，便于及时有效检测绕组状态，确保变压器的安全可靠运行。
2017 Vol. 36 (19): 106-111 [
摘要
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112
不同浪向下超大型船舶载荷响应特征的模型试验研究
>陈占阳，李志鹏
探寻超大型船振动响应随不同浪向的变化规律对预报真实海况和后期的结构评估具有重要意义。在拖曳水池对某超大型集装箱船进行了分段船模斜浪试验，详细介绍了船模设计原则和斜浪试验测试系统，并通过改变船模分段数量来探究船体弹性效应对振动响应的影响，结果表明船体自身的弹性效应对颤振影响很大，船体固有频率小，更容易出现颤振现象。最后研究了各浪向下的弯矩响应和砰击压力时历曲线，并对不同成分的弯矩响应和砰击压力随浪向和波长船长比的变化规律进行了分析，经分析发现，迎浪是发生高频颤振最严重的浪向，而斜浪时的最大弯矩多发生在λ/(L•cos β)=1.0附近。相对于低频波浪弯矩，高频载荷响应对浪向的变化更加敏感。
2017 Vol. 36 (19): 112-118 [
摘要
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195
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119
电机控制策略对电动车动力总成电磁振动的影响
>于蓬1,2王珮琪1.2.3章桐1,2,3 陈诗阳1,2余瑶1,2 郭荣1,2
旨在深入探讨电机控制策略对电动车动力总成电磁振动的影响。首先给出两类常用电机控制方法，即最大转矩电流比控制方法和直接转矩控制方法，搭建其电机控制模型；然后建立电机定转子二维电磁分析模型，对两类控制策略下的气隙磁密和电磁力进行仿真分析；最后利用电动车动力总成机械结构模型，进一步分析动力总成关键点在两类控制方法下的振动响应。结果表明，所提供的综合考虑电机控制策略、电机本体电磁模型以及动力总成机械模型的联合仿真方法，可以有效预测电机控制策略对振动性能的影响，为从优化控制策略的角度，改善电动车的振动舒适性奠定理论基础。
2017 Vol. 36 (19): 119-124 [
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125
基于EC法的风浪联合作用主塔-基础体系极限荷载效应
>涂志斌，黄铭枫，楼文娟
针对基于Rosenblatt映射变换的极限状态曲线计算困难的现状，提出了多维随机变量极限状态曲线的简化算法。该算法通过寻找同时满足边缘分布、联合分布和可靠指标的变量估计值，将随机变量条件分布函数及其逆函数的求解转化为边缘分布函数的求逆，从而达到简化极限状态曲线计算的目的。以某跨海大桥桥塔-基础体系为工程实例，以涠洲岛海洋站风浪同步观测资料为环境变量统计资料，通过基于Copula函数的联合分布模型构造了风浪联合分布函数，根据简化算法计算了风浪极限状态曲线，利用EC法估计了桥塔-基础体系的基底剪力极限荷载效应，并与外推法的估计结果进行了比较。结果表明，基于简化算法和EC法的跨海大桥桥塔-基础体系基底剪力极限荷载效应具有较高的准确性。
2017 Vol. 36 (19): 125-134 [
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135
舰载机弹射起飞纵向过载研究
>盖京波，李平均
为了分析舰载机弹射起飞过程中飞机纵向过载问题，在建立了弹射预紧阶段静力模型、弹射滑跑阶段的动力学模型、自由滑跑阶段动力学模型、航母弹射器模型的基础上，提出了舰载机弹射起飞纵向过载动力学模型。以某型飞机和弹射器为例，搭建仿真框图进行仿真计算并给出了飞机纵向过载与冲程的曲线，通过对仿真结果的分析以及与试验数据的比较，能够为蒸汽弹射系统设计提供有价值的参考。
2017 Vol. 36 (19): 135-138 [
摘要
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152
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139
支承阻尼对多自由度齿轮系统非线性动力学的影响
>向玲,高雪媛,张力佳,贾轶
基于周期扩大法的思想，在考虑齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、齿面摩擦等非线性因素的基础上，建立了齿轮副的六自由度非线性动力学模型；采用数值积分方法求解系统响应，结合分岔图、poincaré截面图、FFT频谱及最大Lyapunov指数图，系统地分析了支承阻尼对齿轮系统的影响。结果发现，支承阻尼的提高对系统的混沌吸引子和吸引域有着明显影响，会使其逐渐减小，并使系统的混沌运动逐步退化稳定的周期运动，进而使系统的分岔特性变得更为复杂；随着支承阻尼的提高，系统在径向和扭转方向的1/2次谐振幅度有所降低；支承阻尼对轮齿的啮合的状态有着重要影响，在一定转速区可使系统发生双边冲击到单边冲击的变化。
2017 Vol. 36 (19): 139-144 [
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145
基于自适应概率主成分分析的滚动轴承故障特征增强方法
>胡爱军，南 冰
针对实际工程中滚动轴承微弱故障信号特征难以提取的问题，提出了一种新的自适应概率主成分分析(adaptive probabilistic principal component analysis, APPCA)的轴承故障特征增强方法。概率主成分分析(probabilistic principal component analysis, PPCA) 能够提取信号的主要故障特征，去除背景噪声干扰，但结果易受到主成分数与原始变量维数选择的影响。为了自适应实现最佳分析结果，利用粒子群算法多参数寻优特性，根据最大峭度准则确定影响PPCA的最佳影响参数组合。原信号通过APPCA方法处理后，背景噪声得到有效抑制，故障特征得到增强，最后通过包络分析识别故障特征。仿真和实验结果证明了该方法的有效性。
2017 Vol. 36 (19): 145-150 [
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151
考虑间隙的空间圆柱铰多体系统运动学精度及动力学分析
>刘太素，钱林方，尹强
为了研究空间圆柱铰间隙对系统性能的影响，首先，针对典型的空间圆柱间隙铰结构，分析了其所有可能出现的接触模式。针对空间圆柱铰轴向和径向都存在间隙的情况，对复杂的接触模式进行了几何和运动学分析，提出一种改进的计算潜在接触点位置的方法，建立了接触碰撞力模型，将其带入多体系统动力学方程。最后，对空间双摆进行了理想模型和间隙模型的对比分析。结果表明，由于轴向和径向间隙的存在，系统的运动学精度和动力学性能都受到了很大的影响，间隙大小的变化也会改变系统的运动学到位精度。空间圆柱间隙铰的建模方法和结果为机械结构的设计和改进提供了理论依据。
2017 Vol. 36 (19): 151-157 [
摘要
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158
基于波函数法的自由阻尼薄板与声学耦合响应
>夏小均1,2，徐中明1,2，赖诗洋3，张志飞1,2,贺岩松1,2
对敷设自由阻尼薄板振动响应进行了分析，以复刚度为基础得到了在Kirchhoff理论下复合薄板振动控制方程。基于波函数法理论，推导了自由阻尼薄板振动分析模型以及包含自由阻尼结构与声腔的三维耦合模型的建模方法。以四边固支自由阻尼矩形板及耦合的结构声学系统为例，分别以波函数法与有限元法计算了其50-500Hz频段内的结构与声学响应。结果表明：波函数法能有效的应用于添加自由阻尼的薄板振动以及结构声耦合系统响应的预测与分析。相比于有限元法，其高精度、高收敛率的特点使波函数能有效解决更高频率的声振问题。
2017 Vol. 36 (19): 158-163 [
摘要
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164
一种新型半主动协调控制对高速动车组曲线通过性能的影响
>刘永强1,3 杨绍普1,3 廖英英2,3 李军1
针对二系横向减振器和抗蛇行减振器在进行单独控制时出现的效果单一问题，提出了一种新型半主动协调控制方法，可协调直线和曲线线路条件下的车辆综合动力学性能。首先，建立了300公里级高速动车组的动力学模型，其中二系横向和抗蛇行减振器均进行了参数化处理；构建了横向和抗蛇行减振器的半主动控制模型，并模拟了动车组通过曲线轨道时的真实工况。经过仿真对比，发现单独对横向减振器施加半主动控制时，虽然能有效提高平稳性能，但会使安全性能恶化；而单独对抗蛇行减振器进行控制时，虽然使曲线通过性能提高，但会降低横向平稳性。有鉴于此，提出了一种针对横向减振器和抗蛇行减振器的新型半主动协调控制策略。经过仿真分析，发现该新型协调控制策略可有效解决上述问题，保证列车在曲线通过时，在确保安全性能的同时具有良好的平稳性能。
2017 Vol. 36 (19): 164-168 [
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169
超弹性形状记忆合金阻尼器的减振特性研究
>张振华1，绳飘1, 王钦亭1，吴志强2
研究了环境变量(温度和外激励幅值)对超弹性形状记忆合金阻尼器减振特性的影响。用多线性本构模型来表示SMA伪弹性，建立了SMA振动系统的动力学模型。通过平均法求解了方程主共振的幅频响应解，并用数值方法验证其计算的准确性。通过定义SMA振动系统与对应线性系统的共振幅值比、共振频率比来表示SMA阻尼器的减振和调频效果，并研究了环境变量与其的定量关系。研究结果表明：温度升高对SMA减振和调频是不利的；而外激励幅值在一定的范围内取值时，SMA阻尼器具有良好的减振和调频效果。此研究结果可为SMA阻尼器使用环境条件的选择提供参考。
2017 Vol. 36 (19): 169-184 [
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175
近断层地震动下基础隔震弹簧限位对结构响应影响试验研究
>韩淼1，崔明珠1，杜红凯,1,2
近断层地震动作用下，基础隔震结构隔震层可能会产生大位移，限位装置能起到限制隔震层位移的作用，但与隔震层上部结构发生软碰撞,会对上部结构响应造成影响。对9种弹簧限位基础隔震振动台模型试验数据进行分析，结果表明：9种工况均取得良好限位效果；但碰撞会激发结构的高阶振型，在碰撞时刻隔震层会产生速度的突然增大；限位碰撞可导致上部结构的层间位移和加速度响应增大，但合理设计限位器的刚度和预留距离可减小上部结构响应。
2017 Vol. 36 (19): 175-179 [
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180
截断式脉冲射流流场结构模拟与冲蚀硬岩能力分析
>陆朝晖1,2,3?，卢义玉2，Michael Hood3，潘林华1，贺培1
孔盘截断式脉冲射流能够充分利用水锤压力、高速侧向流、循环载荷等效应，破岩效率高，在硬岩破碎中具有较高的开发潜力。本文基于VOF模型和动网格技术，建立与截断式脉冲射流生成装置几何及运动过程一致的两相流瞬态计算模型，结合高速摄像技术，研究了截断式脉冲水射流的流体结构的动态演变动力特征，测试了截断式脉冲水射流的破岩能力，并分别从流畅结构和破岩能力上与常规圆柱水射流进行了对比分析。研究结果表明：截断式脉冲射流有助于在射流末端形成偏转的瓦状尖体结构，可有效减弱或避免激波阻力的影响；截断式脉冲水射流在破岩过程中，岩石靶物冲蚀孔口呈现非轴对称形态，与常规圆柱射流相比，截断式脉冲射流能够大幅度提升破岩速度，增大破岩体积。
2017 Vol. 36 (19): 180-185 [
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186
隧道高陡仰坡抗震性能振动台试验分析
>隋传毅1，高 波1，申玉生1，王建西2，王帅帅1
汶川地震以来，统计发现山岭隧道洞口段受地震破坏较为严重，为了提高山岭隧道洞口段抗震性能，研究可靠的仰坡加固措施，设计并完成了高烈度震区隧道洞口段仰坡抗震性能振动台试验。研究发现：(1). 在洞口段仰坡不设防的情况下，均质岩质高陡仰坡在高烈度水平地震作用下，仰坡发生破坏，大量岩土体滑落，此时落石会严重影响隧道结构与运营安全，必须对仰坡进行加固。(2). 设置框架梁形式的仰坡支护体系后，即使在高烈度水平地震作用下，只要支护体系没有破坏，均质岩质仰坡整体仍能保持相对完整，仅框架梁内部有少量掉块，提高了仰坡整体的抗震性能。(3). 对比洞口段衬砌结构的截面内力，可以看出，设置了框架梁形式的仰坡支护体系后，可以显著降低洞口段衬砌结构的截面轴力与弯矩。综合分析，可以看出由于设置了框架梁支护体系，仰坡岩体整体性增强，限制了仰坡处岩体的自由运动，进而有效防止了仰坡破坏，并降低了洞口段衬砌的内力。
2017 Vol. 36 (19): 186-194 [
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动剪切模量阻尼比试验误差及对地震动影响风险评价
>李晓飞1,2，汪云龙1，孙 锐1,李 波2
为认识动剪切模量比和阻尼比非线性试验误差及其对地震动的影响，采用试验和数值模拟手段，研究了动剪切模量比和阻尼比试验误差并提出其概率分布特征，以及这一误差对土层地震动计算结果的影响和规律，给出了其对地震动影响的风险水平。设计了离散性最大和最小的两种代表性试验组，通过单台共振柱仪试验给出了试验误差的概率统计指标。同时设计不同类别场地和不同地震波输入，完成风险分析。结果表明：两种类别组的动剪切模量比和阻尼比试验数据均服从正态分布，二者试验均值接近，但变异系数相差5倍左右；动剪切模量比和阻尼比试验误差对地震动计算结果有重要影响，影响程度随试验误差增大、场地变软和地震强度增加而增大，其中试验误差和场地类别起主要作用；以对场地地震动产生不可忽视影响为阈值，初级技术人员动剪切模量和阻尼比的试验误差对中硬场地的风险水平为35%，对软场地则为50%；就一般情况，应强化共振柱试验技术规程，提高试验人员技术水平，否则会对工程结构的地震动输入估计造成很大风险。
2017 Vol. 36 (19): 195-205 [
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206
基于标准声源的有限水域试验场声传播特性试验研究
>仪修阳 周其斗 谢志勇
舰艇噪声控制实验中，为保证模型和实艇的声学相似性，增大模型比例是关键，实际上，大比例舰艇模型的声学实验很难在消声水池中进行，因此，天然有限水域试验场成为首选。在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验，声信号测量和数据处理至关重要。天然有限水域边界条件未知，水文环境及声传播特性复杂，仿真难度高，增加了水声信号的处理难度。基于标准声源试验研究某有限水域试验场的声传播特性，实质上是把水下辐射声压级测量值归一到距标准声源单位距离处的声压级，采用AcTUP软件对试验场的沉积层声学特性和水位选取原则进行探究，并基于射线声学理论对声压级试验值和理论值的偏差进行非相干分析，从而得到试验场基本声学参数对声传播特性的影响规律。
2017 Vol. 36 (19): 206-212 [
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213
无量纲指标趋势分析法在风电机组齿轮箱故障预警诊断中的应用
>顾煜炯1，贾子文1，尹传涛1，任玉亭2
针对风电机组运行工况复杂多变，早期故障特征提取十分困难的问题，提出无量纲指标趋势分析法以实现风电机组齿轮箱故障的早期诊断。通过阶比重采样方法对齿轮箱振动信号进行预处理，将非平稳时域信号转化成平稳角域信号，引用无量纲因子指标反映机组早期故障程度变化趋势；利用指标趋势分析法建立风电齿轮箱故障预警模型，并通过实验室数据和现场数据进行分析验证。结果表明，此方法能够比较准确的对风电机组齿轮箱早期故障进行诊断，并能初步估测故障发生时间，达到故障预警目的。
2017 Vol. 36 (19): 213-220 [
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221
考虑不同边界条件悬臂梁的模态研究
>刘建英， 王效岳，宫金良
为了提高假设模态法建立动力学模型的精确性，研究了将柔性机械臂简化为更精确的悬臂梁模型的问题。通过分析不同边界条件对Euler-Bernoulli悬臂梁横向振动的影响规律，将悬臂梁自由端的剪力边界条件具体化为集中质量和拉伸弹簧，弯矩边界条件具体化为扭转弹簧和转动惯性元件，得到了各种边界条件下悬臂梁的模态频率和模态振型的变化规律。结果表明添加边界条件的悬臂梁模型可以更好地表示柔性机械臂的模态振动，因此可以提高假设模态法建立的动力学模型的精确性。针对柔性机械臂之间模态振动耦合较强，添加边界条件无法表示柔性机械臂模态频率的变化规律，提出了修正当量密度的方法。最后给出了边界条件和修正当量密度的迭代计算方法，并用ANSYS和ADAMS联合仿真分析了由驱动关节和自由关节连接的二连杆柔性机械臂模型对应的模态振动，验证了计算方法的正确性。
2017 Vol. 36 (19): 221-226 [
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基于气动信号分析的风机叶片裂纹故障识别
>黎少辉1 蔡利梅2
针对风机叶片裂纹故障，提出通过分析风机出口气动信号，实现在线动态检测裂纹的方法。采集叶片不同状态下的风机出口气动信号，利用db4小波对气动信号进行5层分解，并单支重构，将各频带归一化能量构成6维特征向量；对能量向量进行主成分分析，基于贡献率实现特征选择；采用K均值聚类方法进行叶片状态识别。实验结果表明，气动信号能有效反映风机叶片状态的变化，该方法可以实现叶片正常、异常状态检测及裂纹长度状态区分，提供了风机叶片裂纹在线实时检测依据和手段。
2017 Vol. 36 (19): 227-231 [
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232
复合式低频隔振器的理论建模及其性能分析
>吴庭1，王林翔2
抑制低频振动是当前振动领域的一个热点问题，将惯容器与液压蓄能器结合在一起，同时利用形状记忆合金弹簧的超弹性，设计了一种将惯容器和拟零刚度隔振结合的复合式超低频隔振器。说明了超低频隔振的原理，分析了隔振器的力传递比，研究了惯容器惯容值以及弹簧刚度对系统谐振频率的影响。计算结果表明，所设计的超低频隔振器的谐振频率可以降低至1Hz以内。
2017 Vol. 36 (19): 232-235 [
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236
冲击荷载下深梁动态断裂行为的光弹性实验
>岳中文，宋耀，杨仁树，王煦，邱鹏，陈程
采用动态光弹性实验方法，对简支深梁进行冲击实验，研究其冲击动态断裂行为。实验得到了冲击断裂过程中深梁的等差条纹变化图片，分析了冲击荷载下裂纹尖端的动态应力强度因子和裂纹扩展速度的变化规律。研究结果表明：由于应力波的作用，在试件开裂前，预制裂纹尖端应力强度因子 始终呈波动上升的趋势，最大值为1.995 ；试件起裂后，裂尖动态应力强度因子 先迅速下降，然后保持在1.222 至1.677 的范围内震荡，平均值为1.458 ；裂纹起裂后，扩展速度先迅速增大，后保持在310m/s至380m/s之间，动态裂纹基本呈匀速扩展，平均扩展速度为345.703m/s。
2017 Vol. 36 (19): 236-241 [
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242
高速电主轴铣削稳定性研究
>单文桃1，陈小安2，王洪昌1，俞成涛1
本文首先建立了高速电主轴轴承-转子动力学模型，分析了高转速与铣刀刀尖点处传递函数的关系，以此为基础建立了高速电主轴铣削稳定性模型，然后以D62D24A型高速电主轴为例，分析转速对轴承动态支承刚度的“弱化”作用，计算系统第一阶径向振动固有振型，理论分析并且实验验证系统第一阶径向振动固有频率的变化趋势，最后分析了转速影响下的系统铣削稳定瓣图，实验验证了高转速下系统铣削稳定性能的变化趋势。
2017 Vol. 36 (19): 242-249 [
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超深矿井提升机多层缠绕钢丝绳圈间过渡对钢丝绳动张力的影响研究
>李晓光1,2，龚宪生1,2，吴水源1,2，罗宇驰1,2
针对超深矿井提升机多层缠绕，研究多层缠绕钢丝绳圈间过渡时的加速度变化，运用提升钢丝绳的动张力微分方程和MATLAB中的Simulink模块，建立对称及非对称双折线过渡绳槽下多层缠绕钢丝绳的动张力仿真模型并对仿真结果进行分析比较。结果表明，多层缠绕钢丝绳在圈间过渡时产生的加速度变化会对钢丝绳的动张力产生明显的影响，采用对称式折线绳槽进行圈间过渡时的动张力大于非对称折线绳槽，在提升阶段的后期此现象尤为明显。这些结果对超深井提升系统多层缠绕研究有重要的参考价值。
2017 Vol. 36 (19): 250-254 [
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255
冻结黏土单轴与主动围压状态SHPB试验对比分析
>马冬冬1, 2，马芹永1, 2，袁 璞1, 2，姚兆明1, 2
利用分离式Hopkinson压杆试验装置，进行了冻结黏土在单轴与主动围压两种状态下的动态冲击压缩试验，对比分析了单轴与主动围压状态下冻结黏土的动态应力-应变曲线、动态抗压强度和破坏模式。研究结果表明，单轴状态下，温度为-15 ℃时，动态应力-应变曲线可分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。主动围压状态下，-5 ℃和-15 ℃的动态应力-应变曲线可分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。在相同应变率和冻结温度的条件下，主动围压状态下冻结黏土的动态抗压强度均高于无围压状态，动态抗压强度随着主动围压的增加而增大。当冻结温度和围压相同的条件下，动态抗压强度随应变率的提高而增大。单轴状态下，温度为-5 ℃时，冻结黏土呈塑性破坏，温度为-15 ℃时，冻结黏土呈脆性破坏。
2017 Vol. 36 (19): 255-260 [
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