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2018年 37卷 9期
刊出日期：2018-04-15
论文
论文
1
单摆式电涡流TMD装置优化设计与模型试验研究
>汪志昊，郜辉，张新中，田文文
为实现单摆式电涡流TMD整体构造与磁路优化设计，首先定性探讨了单摆式电涡流TMD装置整体构造，然后综合理论分析、模型试验与三维电磁场有限元仿真研究了TMD质量块与板式电涡流阻尼构件二者之间的磁场吸引力作用对TMD振动频率的影响程度，以及磁路布置对电涡流阻尼构件等效阻尼系数的影响规律。结果表明：板式电涡流阻尼构件宜整体安装在摆式TMD运动质量块的底面；磁场吸引力作用将增大摆式电涡流TMD的振动频率，TMD初步设计宜适当调整初始摆长以避免TMD失谐降低减振效果；三维电磁场有限元仿真可以很好地实现板式电涡流阻尼构件等效阻尼系数的精确定量计算与磁路最优设计，通过尽可能减小磁场间隙、适当加厚导磁钢板、优化铜板厚度等均可提升电涡流阻尼耗能效果。沿TMD运动方向，相邻永磁体磁极宜交错布置，通过有限元仿真确定最优间距；沿垂直于TMD运动方向，相邻永磁体磁极宜同向布置，且间距越小越好。
2018 Vol. 37 (9): 1-7 [
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8
隧洞开挖过程中掏槽孔起爆位置的优选
>高启栋1，2，卢文波1，2，冷振东1，2，杨招伟1，2，严鹏1，2，陈明1，2
隧洞开挖过程中，出于对掏槽效果的考虑，多采取反向起爆，忽视了掏槽孔起爆点位置对支护结构爆破振动响应的影响。从爆炸应力波传播与反射的角度分析了起爆位置的影响作用机制，以隧洞的钻爆开挖与支护为工程背景，采用动力有限元模拟的方法，综合比较分析了起爆点位于不同位置时，掏槽孔的掏槽效果及其所诱发支护结构的爆破振动响应，对掏槽孔起爆位置的优选进行了探讨。数值计算结果表明，起爆点位于不同位置时，掏槽孔的掏槽效果与支护结构的爆破振动响应均有较大差别。正向起爆时，支护结构的振动水平最小，最利于支护结构的安全，但其掏槽效果逊于反向起爆；反向起爆的掏槽效果最佳，但其所诱发的支护结构振动最强，严重威胁支护结构的安全；中点起爆时，掏槽效果与支护结构的振动水平介于正、反向起爆之间。针对不同的围岩条件，根据其对掏槽效果与振动控制侧重点的不同，优化了掏槽孔起爆位置的选择。
2018 Vol. 37 (9): 8-16 [
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17
斜腹板倾角对扁平箱梁颤振性能影响及量化研究
>李志国1，王骑1,2，廖海黎1，魏益峰3
开展了斜腹板倾角对扁平箱梁颤振性能影响及颤振性能量化的研究。设计制作了仅改变斜腹板倾角，固定宽度和高度的两组节段模型，保持测试系统的动力参数不变，采用风洞试验的方式获得了不同模型的颤振性能。测试结果表明，当扁平箱梁的宽高比在11左右时，在+5°风攻角条件下，颤振临界风速受斜腹板倾角的影响较显著，而在0°风攻角下此影响不明显。当宽高比在7左右时，无论在0°或是+5°风攻角条件下，斜腹板倾角对于颤振的影响均不明显。利用测试获得的两组模型的颤振导数，发现了斜腹板倾角的改变会造成耦合导数H3*和直接导数A2*的显著改变，从而导致了颤振临界风速的显著变化。最后，根据试验数据和计算结果，采用颤振临界风速解析计算式中的颤振因子，量化了风攻角和斜腹板倾角对扁平箱梁颤振的影响，给出了不同条件下的颤振因子。相对于目前规范中颤振计算时的单一折减系数，条件化的颤振因子能够较准确地计算出扁平箱梁的颤振临界风速。研究成果也对如何有效改进扁平箱梁的气动布局有参考意义。
2018 Vol. 37 (9): 17-24 [
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25
大跨度桥梁PK箱梁断面颤振性能研究
>方根深 杨詠昕 葛耀君
以某主跨820mPK箱梁斜拉桥为背景，借助节段模型风洞试验并结合二维三自由度颤振分析理论方法(2D-3DOF method)，进行了大跨度桥梁PK箱梁断面成桥状态颤振性能研究，提出了“软颤振”临界风速扭转响应根方差、峰值因子和阻尼比综合判定标准，并对三种尺寸抑流板颤振控制效果与驱动机理进行探索。研究表明，PK箱梁断面成桥状态具有明显的“软颤振”特点，而且风攻角效应明显，特别是0°和+3°颤振临界风速差异显著，主要是由于0°攻角表现为“弯扭耦合颤振”，+3°攻角为“单自由度扭转颤振”，两者气动阻尼变化规律差异明显而表现出不同的颤振特点；抑流板能有效提高PK箱梁断面+3°攻角的颤振临界风速，其增加了颤振耦合程度，虽然会激起更多的不利耦合气动阻尼，但是扭转运动自身产生的气动阻尼对系统的稳定作用也增强，气动阻尼之间的竞争将决定系统最终的发散。
2018 Vol. 37 (9): 25-31 [
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32
旋转型超声电机在冲击环境下的失效模式研究
>孙栋1，王新杰1，王炅1，陈超2，唐玉娟3
随着超声电机在武器系统中的应用，研究分析冲击环境下电机的失效模型，为超声电机应用在武器系统等高过载环境中提供意见与建议变得十分具有意义。本文分析了电机中关键部件在冲击载荷下可能存在的失效模式：压电陶瓷的断裂与脱胶；定子的塑性变形引起工作频率的漂移；定转子的塑性变形和预紧力机构中紧固螺栓的松动引起预压力的减少甚至消失。通过动力学仿真对超声电机各个部件的受力情况与应力波传递过程进行分析，分析结果显示预紧力机构是整个结构中最容易被损坏的部分。通过空气炮对超声电机进行冲击过载实验，当冲击过载达到26546g时，超声电机中用于施加预紧力的螺栓松动，预紧力结构失效，其它结构部件没有发生明显损坏或变形。研究结果为超声电机应用于武器系统等高过载环境中提供理论依据与改进意见。
2018 Vol. 37 (9): 32-36 [
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37
表面粗糙度对圆柱体涡激振动响应特性影响数值研究
>高云1, 2,杨家栋1, 邹丽3, 王盟浩1
使用数值模拟方法，研究了粗糙度对圆柱体涡激振动响应特性的影响，对不同粗糙度下圆柱体的涡激振动响应幅值、漩涡泄放频率、结构振动频率、锁定区间等参数进行了对比分析。分析结果表明：依据涡激振动响应幅值以及响应频率，可以将整个折合速度区间划分为4个区间：区间I、区间II、区间III以及区间IV。随着粗糙度的上升，圆柱体涡激振动响应最大值呈下降趋势。随着粗糙度的上升，锁定区域开始点呈缓慢提前的趋势，而锁定区域结束点则呈快速提前的趋势，因此整个锁定区域宽度会随着粗糙度的上升而逐渐变窄。
2018 Vol. 37 (9): 37-43 [
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44
考虑参数不确定性的板结构振动响应统计分析
>张艾萍1，李亚轩1，肖 斌1a，石双霞1，曹丽华1，高 超1，邱 瑞2
在考虑参数不确定性的实际结构动力系统中，确定激励作用下的响应也必然具有随机性特征，其统计特征的获取是随机结构动力系统振动分析的难点问题。本文针对动力系统的随机响应，在系统不确定性特征参数均服从Gauss分布条件下，基于Fourier-Hermite多项式展开，通过广义模型降维、多重Gauss-Hermite数值积分的方法确定其展开系数，进而获得系统响应逼近的显式正交多项式函数形式，并嵌入局部MCS模拟，形成随机振动系统统计分析方法，以获得系统响应统计特征。进而针对板结构，利用FEM建模，并基于提出的方法开展原点振动响应统计分析，其数值仿真结果表明：提出的方法可获得与直接MCS模拟较一致的分析结果，能够获得随机板结构振动响应统计特征，并基于离散刚度边界的FEM网格细化预测连续刚度边界的随机板结构振动响应统计特征。
2018 Vol. 37 (9): 44-49 [
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50
多工况下多级离心泵水动力噪声数值研究
>王凯1，李钰1，刘厚林1，夏晨1，刘中纯2
采用Lighthill声类比理论研究了多工况下五级导叶式离心泵由偶极子声源激励产生的水动力噪声。数值计算了五级离心泵内部瞬态流场，提取其全级数壁面偶极子声源，并采用直接边界元法计算泵内流体诱导噪声。对泵进行基于模态响应的振动计算，并进行振动测试，经试验验证，多级离心泵内流动诱导振动噪声数值预测方法具有一定可行性。结果表明：随流量的增大，泵的进出口水动力噪声先升高后降低再升高，设计工况噪声水平最小；声压频率分布中BPF2及其特征频率上的噪声能量随流量的增大而增强，高频段的噪声能量明显增加；首级叶轮、后四级叶轮及正导叶的叶片数对泵内流噪声影响较大，而反导叶叶片数影响相对较小。研究结果可为低噪多级离心泵设计提供参考。
2018 Vol. 37 (9): 50-55 [
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56
剪式单元阵列可展结构的动力学分析方法
>彭麒安，王三民，智常建，李博
随着阵列单元数目增多，用传统有限元动力学分析方法分析阵列可展结构计算量十分巨大，甚至变得不可能。依据阵列可展结构由单元机构规律性组合而成的特点，针对剪式单元阵列可展结构提出了一种规范化动力学分析方法（简称规范法）。此方法将单元机构的叠加节点自由度与内部节点自由度分开，从而实现单元特性矩阵的首尾循环相加得到整体结构的刚度矩阵和质量矩阵。以55剪式单元平面阵列可展结构为例，采用规范法分析其固有频率和动态响应情况。结果发现：当展开角度接近于0°和180°时，固有频率迅速减小至0 Hz。当施加外载时，无阻尼、小阻尼和过阻尼情况下的动态响应分别为周期性振动、最大振幅衰减的周期性振动和无振动。可以得出：可展结构在0°和180°附近结构不稳定，其安全工作角度为20°到160°之间。阻尼适当增大可以有效减小振动。规范法提高了建模效率，并且便于规范性编程计算。
2018 Vol. 37 (9): 56-60 [
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61
路基压实粉质黏土动态回弹模量的四参数预估模型及有限元实现
>董城1,2 刘文劼1,2 李亮2
利用动三轴试验，研究路基压实粉质黏土动态回弹模量的影响因素，分析动态回弹模量对偏应力、体应力等因素的依赖关系，通过双因素回归分析，在AASHTO -N37A动态回弹模量预估模型的基础上引入k4项，提出了含四参数的改进模型。为了使该改进模型能有效运用于有限元计算中，基于广义Hooke定律推导了其精确一致切线刚度矩阵，通过编写用户自定义材料子程序（UMAT）将改进模型移植入有限元软件ABAQUS中，分别在单个土体单元和路基路面结构条件下对改进模型进行了计算验证。研究结果表明：四参数改进模型能更好预估粉质黏土在不同压实度下的动态回弹模量，利用二次开发的改进模型在有限元软件中计算得出的土体单元的应力—应变关系与解析解较为吻合，而将改进模型运用于路基路面结构分析可以体现因应力不同造成的回弹模量在路基各个位置的差异，同时能反映车辆荷载作用下回弹模量的演变，实现了模量与应力状态的动态耦合，从而路基路面结构设计提供了更为真实的数值模拟方法。
2018 Vol. 37 (9): 61-67 [
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68
非线性阻尼非线性刚度隔振系统参数识别
>胡广深1，陆泽琦1，陈立群1,2,3
针对同时含有非线性刚度、非线性阻尼的振动系统，提出了两类参数识别方法。第一类方法是基于非线性振动系统中的振幅跳跃现象，通过跳跃点的测量得出振幅跳跃点的激励频率和幅值，用谐波平衡法识别出非线性振动系统的非线性刚度、非线性阻尼参数。第二类方法是涉及时域响应，通过希尔伯特变换获得非线性系统自由振动的响应幅值和相角，然后结合双非线性振动系统在瞬态激励下的解析解，获得系统的非线性刚度和阻尼。最后以非线性刚度非线性阻尼隔振系统为例，通过数值模拟对给出的两类参数识别方法加以验证，并对结果进行较比，识别参数相吻合。可以为实验条件下，含非线性刚度、非线性阻尼隔振系统的参数识别提供理论指导。
2018 Vol. 37 (9): 68-73 [
摘要
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74
基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计
>陆明飞，叶继红
稳定是单层柱面网壳结构分析与设计中的关键因素。本文从节点构形度的视角，考虑外在因素中与稳定问题直接相关的核心部分，定义了能全面反映结构静力稳定特性的节点构形度相对变化梯度（gra_r），其最小值（gra_rmin）与稳定承载力直接相关。gra_r能定量地衡量结构丧失稳定的趋势，揭示网壳结构失稳机理。在此基础上，进一步提出了单层柱面网壳稳定优化设计方法。稳定优化模型以gra_rmin最大化为优化目标，离散的杆件截面为优化变量，考虑规范规定的各项设计约束条件，在给定用钢量的前提下，提高结构稳定承载力。两个实际工程算例验证了单层柱面网壳稳定优化设计方法的有效性。
2018 Vol. 37 (9): 74-79 [
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80
转子系统变刚度动力吸振器试验研究
>姚红良，王童照，曹焱博，闻邦椿
为实现转速变化转子系统的振动抑制，提出了一种新型的变刚度动力吸振器，采用永久磁铁组成的变刚度机构实现吸振器的刚度和固有频率可调。首先设计了吸振器结构，建立了转子-永磁变刚度吸振器的动力学方程并分析了吸振器的工作原理。其次搭建了转子-永磁变刚度吸振器试验台和控制系统，编制了PID控制程序。最后在试验台上进行了永磁变刚度机构有效性试验、扫频吸振效果验证试验、转子定转速控制试验等试验。研究结果表明，所设计的变刚度动力吸振器能够达到振动抑制效果。
2018 Vol. 37 (9): 80-85 [
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86
加速度反应谱长周期段下降规律研究
>韩小雷,2尤涛1季静1,2
针对我国现行《建筑抗震设计规范》中加速度反应谱长周期段尚存在的不足之处进行了探讨。按《中国地震动参数区划图》关于场地分类和地震动特征周期Tg的定义，从1146次震级大于5级的真实强震中筛选出7274条地震记录并进行分组。基于随机振动理论，由地震动Fourier幅值谱、功率谱和设计反应谱的转换关系得到统计意义上的能量密度分布和加速度反应谱，研究了地震动在长周期段的能量密度分布和加速度反应谱衰减规律。通过回归分析，对不同场地条件给出了设计反应谱长周期段合理的下降形式和斜率取值（周期延长至10s），为规范修订提供参考。
2018 Vol. 37 (9): 86-91 [
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92
平行折线绳槽两圈间过渡区布局对提升钢丝绳振动的影响研究
>彭霞1.2.3,龚宪生1.2,巫显照1.2,邹声勇4
超深矿井提升多层缠绕卷筒的绳槽型式对于提升钢丝绳振动和平稳缠绕具有极其重要的影响,本文对多层缠绕卷筒的平行折线绳槽过渡区在不同非对称参数情况下的提升钢丝绳振动进行研究,提出研究提升钢丝绳悬绳横向振动并把其振动幅值大小作为多层缠绕绳槽非对称型式优劣的评价指标。在研究矿井提升系统及钢丝绳在过渡区运动行为的基础上，建立提升系统的动力学偏微分方程组和激励函数，应用Galerkin 方法将偏微分方程组离散成常微分方程组，并以某超深矿井为例，仿真研究平行折线绳槽在两折线过渡区具有不同非对称系数情况下对提升系统振动的变化规律。研究结果表明，绳槽形式的确定，究竟选择对称布置还是非对称布置，需根据提升系统参数决定,所用研究方法和所得结果可为正确设计和选择多层缠绕卷筒的平行折线绳槽提供科学指导。
2018 Vol. 37 (9): 92-99 [
摘要
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100
步枪人-枪肌肉骨骼建模及逆向动力学仿真研究
>杨洋1,2，王亚平2，徐诚2，陈黎卿1,张伟2
为了给士兵训练和步枪人机交互设计提供参考，需要研究步枪连发射击过程射手的控枪响应特性。通过三维运动捕捉系统获取射手15连发射击过程人枪的运动姿态，基于AnyBody人体生物力学建模软件建立了人-枪肌肉骨骼模型。以射击运动学数据驱动人枪模型，基于逆向动力学原理得到了步枪连发射击过程中射手肌肉和关节受力规律。仿真结果表明，本文所建立的人枪模型能够较好地模拟人体在后坐力载荷条件下的生物力学特性，对研究射击过程中人体在连续冲击下的动态响应具有重要意义。
2018 Vol. 37 (9): 100-105 [
摘要
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106
不同四塔组合形式对特大型冷却塔局部风压干扰效应影响研究
>王浩 柯世堂
局部风压过大是引起冷却塔局部损伤和破坏的重要因素之一，塔群干扰会显著改变冷却塔局部风压分布模式。四塔组合是火/核电厂冷却塔群最常见的组合形式之一，以在建世界最高冷却塔（220m）为工程背景，分别对单体、双塔和串列、矩形、菱形、L形、斜L型五种典型四塔组合方案共353种工况进行了测压风洞试验。在此基础上，系统讨论了不同四塔组合工况下冷却塔群风压干扰因子的分布特性，提炼出五种典型四塔组合形式对冷却塔平均和脉动风压分布模式的影响规律，最终基于数理统计和HHT（希尔伯特—黄）方法对局部风压信号进行了分解和时频联合谱特性分析。结果表明，不同四塔组合方案均为中间塔的局部风压受干扰效应影响最大，塔群效应对冷却塔最大正压的改变较小，对平均风压的影响区域主要集中于最小负压区和背风区；由于受端部三维效应影响，冷却塔顶部和底部脉动风压的分布模式和数值受四塔组合形式影响显著。不同四塔组合形式最小负压信号和喉部分离点风压信号分别近似呈现高斯和非高斯分布，干扰效应对最小负压信号的概率密度分布形式影响较小。固定塔间距下，典型四塔组合形式中对局部风压静力干扰最小的布置形式是菱形方案，对局部风压动力干扰最小的是斜L形方案。
2018 Vol. 37 (9): 106-113 [
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114
采煤机摇臂动态特性及影响因素分析
>张义民, 张睿, 朱丽莎, 赵春雨
针对采煤机摇臂在截割载荷作用下可靠性差的问题，对MG500/1180-WD采煤机摇臂动态特性进行分析。建立摇臂有限元模型，通过模态分析得到摇臂固有频率及主振型。模态分析表明，摇臂主要振动模式为电机壳体及行星头弯曲扭转振动。通过实验模态分析，以固有频率为判定指标，对有限元模型进行验证。选取电机壳体壁厚等5个设计变量，研究摇臂固有频率随设计变量的变化规律。根据重载截割实际工况对摇臂进行谐响应分析，计算摇臂振动响应。结果表明：摇臂中部老塘侧壁厚是影响摇臂固有特性的关键因素；摇臂在行星1级2倍频、直齿1级2倍频、直齿2级2倍频及8阶固频激励下动态应力较大；采煤机摇臂形成了以1、3阶振型模态振动为主要特征的弹性振动并导致摇臂铰接耳处产生应力集中；分析结果可为采煤机摇臂结构优化设计及可靠性分析提供参考。
2018 Vol. 37 (9): 114-119 [
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120
阀门内漏声波监测及其信号特征提取方法
>林伟国，吴石恩
针对管道阀门内漏故障，提出了一种采用双传感器结构的阀门内漏非介入式声波监测方法。设计了能够调节传感器和管壁的接触程度并锁紧，且可实现快速装卸的传感装置。分析比较了阀门正常与阀门内漏、管道敲击、阀门开启和关闭状态下启泵等干扰声波信号的时频域特征，提出了基于小波包能量分率的阀门内漏声波信号特征提取方法，有效区分了阀门内漏和外部干扰。该方法具有较高的泄漏检测灵敏度，可大大降低信号采样频率及阀门内漏诊断的难度。
2018 Vol. 37 (9): 120-126 [
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127
多轴载重车侧翻模型研究
>刘 伟 1,姜 毅 1，董晓彤 1，魏 恒 2
多轴载重车由于具有尺寸大、质量大和质心高等特点，其在行驶过程中常常具有侧翻的危险。因此，针对多轴载重车，对其侧翻模型进行了研究。考虑到载重车多轴转向、轮胎非线性以及油气弹簧非线性等因素，建立了多轴载重车的非线性三自由度侧翻模型，并通过实车实验验证了其准确性。以非线性模型为基础，进一步研究了模型中的主要非线性参数对车辆响应的影响。结果表明，一定范围内，轮胎的侧偏刚度对车辆的姿态影响不大；而油气弹簧的刚度对车辆侧倾角度有显著影响，对车辆侧向加速度几乎无影响。
2018 Vol. 37 (9): 127-132 [
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133
道路用堆叠式压电俘能单元制备与应用性能
>李彦伟1,2,3，王朝辉2，石鑫3，陈森2，封栋杰2
针对现有压电换能器用于道路工程存在的技术缺陷，优选出适用于道路发电的堆叠式俘能单元结构并优化尺寸，制备出8种路用堆叠式压电俘能单元，借助力学性能试验评估结构强度，开发出压电俘能单元测试夹具并搭建发电性能模拟测试系统，研究了压电俘能单元的发电性能，测试了发电路面小尺寸试件的能量输出效果。结果表明：制备的堆叠式压电俘能单元结构强度良好，能够满足发电路面施工及工作的使用要求；在试验研究范围内荷载大小、加载频率、压电陶瓷片厚度及堆叠层数均与压电俘能单元的发电性能正相关，单片厚度为1.0mm的堆叠式压电俘能单元输出的最大开路电压可达37.8V、最大功率可达183.2mW；典型发电路面小尺寸试件能够实现11.06mW的能量输出，具备了理想的应用前景。
2018 Vol. 37 (9): 133-141 [
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142
基于误差考虑的薄膜反射面裁剪布局优化
>秦东宾，杜敬利
静电成形薄膜反射面天线是一种新型天线结构，其反射面形面精度是天线性能的重要指标，首先深入研究薄膜反射面成形中存在的误差因素并将其分类为原理误差和制作误差，制作误差主要包括拼接误差、粘贴误差和边界误差。基于有限元思想实现反射面成形模拟得到原理误差；拼接误差可通过膜面设计处的转动和径向平移来数值表示；粘贴条近似等效为索单元，设置不同的索应力来模拟膜面粘贴误差；边界误差以裙边索力误差表示。基于上述误差分析提出反射面的裁剪线布局优化模型，分环数目、每环裁剪数目、电压值作为优化变量，反射面的形面精度作为优化目标同时保证膜面不褶皱。优化模型中包含连续变量和整形变量具有高度非线性，传统梯度方法难以找到最优解，因此使用梯度法和遗传算法相结合的优化方法来解决。最后以0.55米薄膜反射面天线模型为算例来验证优化模型的有效性。
2018 Vol. 37 (9): 142-148 [
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149
强桁材结构在冲压载荷作用下损伤变形的试验与仿真研究
>刘昆，傅杰，王哲，王自力
在遭遇碰撞搁浅事故时，船体强桁材结构常常会受到面内载荷的作用发生变形。本文对船体典型强桁材结构进行缩尺简化，设计了一组不加筋（US-WG）和一组垂直加筋（LS-WG）强桁材试件，通过开展准静态冲压试验及相应的数值仿真，从冲压载荷、损伤变形方面分析研究两种形式强桁材在面内载荷作用下的变形机理。结果表明：垂直加强筋能大幅提高强桁材在面内载荷作用下的结构抗力；两种形式强桁材在肋板中间截面具有不同的褶皱变形模式，这可为后续解析方法中变形模式的确定提供依据。
2018 Vol. 37 (9): 149-154 [
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155
主跨420m人行悬索桥非线性静风稳定影响参数分析
>管青海1，周燕1，李加武2，胡兆同2，刘健新2
为了研究大跨度人行悬索桥非线性静风稳定相关参数的影响规律，采用内外两重迭代数值算法对一座420m主跨人行悬索桥，进行了结构附加风攻角、来流初始风攻角、非主梁结构风荷载、抗风缆与中央扣结构措施等影响参数分析。分析结果表明：不计结构附加风攻角会放大静风失稳临界风速，由于正负不同初始攻角下静风荷载的不同发展路径，使得正攻角会恶化静风稳定性，负攻角会提高静风稳定性；非主梁结构风荷载对静风失稳临界风速影响很小，但是抗风缆风荷载对主梁静风位移影响很大，主塔风荷载对主梁静风位移影响最小；抗风缆会改变大跨人行悬索桥的静风失稳形态和大幅提高静风稳定性，对于420m主跨量级的人行悬索桥，仅依赖中央扣措施很难使无抗风缆设计方案获得足够的静风稳定能力。
2018 Vol. 37 (9): 155-160 [
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161
基于S变换的简支梁结构损伤检测方法研究
>刘宁 1,2， 刘四新 1,奚佳欣 2,张雪冰 3，姜立鑫2
随着信号采集与处理技术、传感技术、无线通讯技术的不断进步，利用振动响应信号对发生在结构上的损伤进行检测已经做了大量的研究工作。信号处理方法是基于振动信号结构损伤检测的重要手段之一，目的是通过信号处理提取出振动信号中的微小变化，从而识别以及量化结构中的损伤程度。S变换可以看作为可变窗口的短时傅里叶变换或是小波变换的扩展。试验过程中对简支梁在跨中位置施加集中荷载，采取逐级等量加载方法。利用力锤激励获取每一级卸荷后的振动响应数据，并用S变换对损伤前、后的简支梁振动响应数据进行处理。实验结果表明，经S变换后得到的振动信号时频谱以及时频谱能量E，定性及定量的说明了随着荷载力的逐渐增大，裂缝在简支梁跨中位置发育，弹性波穿过时能量逐级衰减，当简支梁完全破坏时能量显著增强。同时也验证了S变换方法对不同荷载状态下简支梁结构损伤识别的有效性及可行性。
2018 Vol. 37 (9): 161-167 [
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168
空间刚性梁轨道与姿态耦合动力学问题的辛分析
>尹婷婷1，邓子辰1, 2，蒋宪宏1
以空间结构中某些大刚度小尺寸连接件在轨组装之前的动力学问题为研究背景，建立了空间刚性梁的轨道与姿态耦合问题的动力学模型。针对建立的保守动力学模型，采用辛龙格库塔方法模拟了刚性梁的动力学行为，从刚性梁的轨道半径、真近角和姿态角演化过程的数值结果中，发现了随着初始姿态角速度的增加，梁轨道与姿态之间的耦合效应将加剧；通过记录每一时间步的系统总能量相对误差，并与传统龙格库塔方法的计算结果进行对比，间接地验证了所得到数值结果的正确性，同时也验证了辛龙格库塔方法的长时间数值稳定性。
2018 Vol. 37 (9): 168-172 [
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173
Volterra理论在滚动轴承内圈故障程度特征定量提取的研究
>王海涛，王琨，史丽晨
针对滚动轴承内圈不同损伤程度的特征提取问题，提出一种基于Volterra核函数理论和双谱分析相结合的故障特征定量提取方法。该方法首先利用系统输入输出振动信号确定Volterra模型；其次通过改进的多脉冲激励法对模型的Volterra核函数进行求解，并利用广义频率响应函数(GFRF)进行模型辨识；最后利用双谱及其切片谱图手段，分离并且量化提取二阶核函数中由于相位耦合所隐含的故障程度特征信息。利用滚动轴承试验台采集数据，对此分析方法进行实验验证，并与包络谱分析进行了对比。结果表明：在无明显冲击振动的情况下，利用双谱切片方法可以直观地对Volterra二阶核函数进行量化表述，并且能够有效地将正常轴承和不同损伤程度的内圈故障轴承进行区分。
2018 Vol. 37 (9): 173-179 [
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180
基于局域共振声子带隙的扭转减振器设计方法
>吴昱东，李人宪，丁渭平，杨明亮，马逸飞
通过动态等效转动惯量分析，讨论了扭转减振器的减振频带特性与局域共振声子晶体带隙的相似性。基于局域共振声子晶体理论提出扭转减振器减振带隙的计算方法，并研究了扭转减振器几何设计参数及材料设计参数对减振带隙的影响规律。在此基础上，针对某国产MPV车型传动系扭转振动引致的车内轰鸣声问题，运用减振带隙计算方法设计扭转减振器，试制、安装样件并进行整车传动系扭振及车内噪声试验，结果表明，该扭转减振器可有效抑制传动系扭转振动，降低车内轰鸣声，提升整车声振舒适性。
2018 Vol. 37 (9): 180-184 [
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185
考虑旋转自由度的涡激振动数值模拟研究
>康庄， 倪问池
当前，对于涡激振动的研究主要集中在单自由度或双自由度弹性固定的圆柱上，分析其振幅、频率、相位等振动响应随约化速度的变化规律。对于考虑旋转自由度的涡激振动，由于受到实验装置以及测量手段等条件的制约，相关的研究并不多见。本文基于OpenFoam软件，对考虑旋转自由度的低质量比圆柱涡激振动响应特性进行数值模拟研究。首先，参照Williamson (2004)的实验，对双自由度低质量比圆柱进行数值模拟，然后在相同的边界条件下，对圆柱增加旋转自由度并进行数值模拟。通过对两种工况下涡激振动响应的对比分析，可以得出以下结论：圆柱在涡激振动过程中会发生艏摇现象。同时，艏摇现象的发生会对其振幅起小幅的抑制作用。此外，艏摇频率与横向振动频率一致，且艏摇幅度与尾涡形式有关。
2018 Vol. 37 (9): 185-189 [
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190
基于迭代滤波和快速峭度图的滚动轴承微弱故障特征提取
>钟先友，田红亮，赵春华，陈保家，陈法法
在强背景噪声干扰下，快速峭度图提取滚动轴承微弱信号故障的特征效果并不明显。将迭代滤波(Iterative Filtering，IF)和快速峭度图相结合用于滚动轴承的微弱故障特征提取。滚动轴承故障振动信号通过迭代滤波进行自适应分解得到一组内禀模态分量，用迭代滤波对强噪声滚动轴承信号进行降噪处理，用快速峭度图构造最优带通滤波器，最后将滤波后信号的包络谱与轴承故障特征频率进行比较，从而诊断出具体故障。通过仿真和试验验证了所述方法的有效性及优点。
2018 Vol. 37 (9): 190-195 [
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196
粒子群算法在基于频率的两端固结吊杆索力识别中的应用
>李睿1，李晓章1，郑祥隆2，周亦唐1
频率法广泛应用于拱桥吊杆的索力实测中，但传统频率法由于忽略弯曲刚度的影响，在应用于拱桥两端固结吊杆的索力计算时误差很大，无法满足工程精度要求。本文首先从运动方程出发得到两端固结吊杆的频率解析方程，然后利用粒子群算法对该超越的频率方程进行多维空间搜索求解，最终实现利用两阶实测频率对吊杆索力和弯曲刚度的精确识别。通过对虚拟吊杆索力识别和误差分析，验证了本文方法的识别精准性；通过对实际吊杆的索力识别，验证了本文方法的工程可行性。
2018 Vol. 37 (9): 196-201 [
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202
冲击机具凿入过程的能量传递
>汪学清1, 赵统武2
冲击机具凿入过程的能量传递是冲击凿入系统的核心问题。针对大多数冲击凿入系统采用单圆柱活塞的情况，得出了单圆柱活塞凿入系统的能量传递效率表达式，阐明了冲击凿入的二重能量转化过程及在活塞和工具中的残留能量，并分析了系统参数对其的影响。研究表明：在二重能量转化过程中，系统凿入效率η为入射波有效转化效率ηi和凿入转化效率ηR之积；在系统常数q=0，1<θ<2.5情况下，具有最佳效率区间（η>75%）；残留能量在q≥0时较低，在q<0时，随q值的减少急速增大；残留能量的增大将影响凿入系统的正常工作和疲劳寿命。以冲击能量传递试验系统上的试验作为计算实例，计算和测试结果基本一致。
2018 Vol. 37 (9): 202-207 [
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208
基于混沌超声波激励的螺栓连接松动检测研究
>吴冠男，徐超
在服役过程中，螺栓连接受到多种环境因素的作用可能会发生预紧力下降、松动甚至松脱。连接部位早期松动的可靠检测对确保结构的可靠性和安全性具有重要的意义。本文采用高频具有混沌特征的超声波信号激励待测连接结构，采集结构的动力响应信号，利用非线性时间序列分析方法提取表征连接松动的特征参量。以螺栓搭接梁为研究对象，采用压电陶瓷片作为激励和响应信号采集元件。对响应信号进行解调和相空间重构，提取表征吸引子整体特征的Lyapunov维数和表征吸引子局部特征的平均吸引子局部方差比ALAVR作为松动指标。实验结果表明：本文的方法能够有效检测螺栓连接的松动状态；吸引子特征量ALAVR相较于Lyapunov维数对预紧力下降具有更好的检测效果；特征参量ALAVR能够有效检测出早期的螺栓松动。
2018 Vol. 37 (9): 208-213 [
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214
近场水下爆炸气泡射流载荷冲击船体外板的动响应分析
>姜忠涛1，李烨2，庞学佳3，王诗平1
基于ABAQUS软件中的耦合欧拉-拉格朗日（CEL）算法，模拟近场水下爆炸气泡射流载荷对船体外板的冲击过程，首先将CEL算法的数值结果与Obara试验结果进行对比，验证数值方法的有效性。在此基础上对水下爆炸射流的载荷压力特性、射流的速度分布特性及射流引起的结构剪应力分布特性进行研究，旨在为实际海战中船体外板遭受水下爆炸射流载荷的抗冲击设计提供一定参考。
2018 Vol. 37 (9): 214-220 [
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221
一种改进的Stewart平台Newton-Euler动力学模型
>何兆麒1，薛冬新1，张娟2，宋希庚1
原有运用Newton-Euler法建立的6-UPS (universal-prismatic-spherical) Stewart平台的经典闭环动力学模型存在一些不足，逐渐有学者从三个方面改进，即建模过程中考虑支杆绕自身轴线的旋转自由度，修正万向铰约束力矩的方向，应用平行轴定理计算各结构的转动惯量。本文在此基础上，考虑到上、下支杆关于下铰接点的力矩平衡属于不同情况，选择合理形式的动量矩定理建立支杆及上平台的欧拉方程，并结合前三点最终得到两种闭环动力学改进模型。使用相同的算例，比较改进模型和原模型的动态响应的不同，说明改进模型的必要性。从理论推导的角度来看，改进的模型比原模型更加合理、准确。
2018 Vol. 37 (9): 221-229 [
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可控磁路式永磁悬浮系统的串级控制
>孙凤，周冉，夏鹏澎，金俊杰，徐方超，李强，金嘉琦
可控磁路式永磁悬浮系统具有强非线性、控制难度大等特点。根据该永磁悬浮系统的特点，本文设计了一种由角度环和位置环组成的串级控制器。利用该控制器对永磁悬浮系统进行位移外扰仿真和实验。实验结果表明应用该串级控制器，系统具有良好的鲁棒稳定性，当给系统一较小阶跃外扰时，系统可以在短时间内跟踪输入位移信号，达到新的稳定悬浮状态。
2018 Vol. 37 (9): 230-233 [
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一种适用于竹林空间的声景协调度评价模型
>洪昕晨 1,2，潘明慧 1，袁轶男 1，王亚蕾 1，吴沙沙 1，兰思仁 1,2
为探究竹林空间中声景的物理量和人主观协调感受的心理量之间的关系。本研究从声景生态学与心理物理学的角度，通过语义差异法对竹林空间中不同声景元素的协调度进行主观评价，同时测量评价位置的客观物理指标，最后通过对主客观数据进行拟合建立了竹林声景协调度评价模型（Coordinating Evaluation of BambooGarden Soundscape, CEBGS）。研究结果表明：①地球物理声在较安静时能使评价者产生较协调或一般的协调感受，但声压级增大后会产生一定的失调感；②生物声能使评价者产生较稳定的协调感受，并且在声压级增大后也不会产生显著的失调感受；③人工声能使评价者产生较失调的心理感受；④各声元素的主客观数据拟合趋势符合心理物理学法则，其中地球物理声和生物声相对倾向于费希纳法则，而人工声倾向于斯蒂文斯法则。最后，得到了适用于竹林空间的声景协调度评价模型，为科学合理的竹林空间环境建设和提升提供了有效方法和参考依据。
2018 Vol. 37 (9): 234-238 [
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239
反射体对U型梁贴附式吸声材料插入损失影响的实验研究
>吴波波，王高沂，李海霞，任重义，韩西明
为了探究反射体对U型梁贴附式吸声材料插入损失的影响，根据车厢轮廓建立模拟反射体进行实验研究。利用声线理论分析了当反射体存在时，由于中高频噪声经过反射体与吸声材料表面间的多次反射逐渐消耗能量，使插入损失比没有反射体时增大；实验结果表明，对于U型梁外侧的噪声敏感区，反射体存在时的插入损失值明显大于没有反射体时；各测点的1/3倍频程插入损失曲线表明，反射体的存在对中高频段噪声的影响较大，对低频段噪声影响较小。本实验为评价某新研发的贴附式吸声材料在U型梁腹板内侧使用时的实际降噪效果提供参考。
2018 Vol. 37 (9): 239-242 [
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