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2018年 37卷 14期
刊出日期：2018-06-28
论文
论文
1
复合材料轴转子系统动力学研究进展
>任勇生，张玉环，马静敏
轻质、比刚度与比强度高、耐疲劳以及力学性能可剪裁的纤维增强复合材料轴作为旋转机械的一类核心部件，在现代航空、汽车与船舶动力系统以及高速切削系统的结构设计中，发挥着极为关键的作用。超临界状态下复合材料轴转子系统的动力学特性以及稳定性，是复合材料轴转子动力学研究的主要内容。本文围绕近20年来复合材料轴转子系统的研究进展情况，进行回顾与总结。介绍了经典梁理论、剪切变形梁理论、壳理论与非线性理论等复合材料轴的结构动力学理论；描述了动力学模型求解的方法，包括Galerkin法和有限元法；讨论了复杂因素与最优化设计问题。上述这些方面无疑对于全面发展轻质高性能复合材料转子系统的动力学理论，促进工程实际应用，具有重要的意义。本文最后指出复合材料轴转子动力学的未来发展以及今后需要关注的问题。
2018 Vol. 37 (14): 1-9 [
摘要
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10
江阴大桥船撞期间实测数据时间同步分析
>王伟东 1，姜绍飞 1，周华飞 2，韩悦 2，杨蜜 2
为了解决江阴大桥船撞期间实测数据的时间不同步问题，提出了采用状态空间模型方法识别不同位置处加速度间的时间延迟。首先，任意选择其中一个加速度作为参考信号，而其余加速度作为时间平移信号，相对参考信号进行时间平移。然后，以一个参考信号和一个时间平移信号作为输出变量，针对每个平移时刻，分别建立相应的状态空间模型。模型参数由随机子空间识别方法计算得到，模型阶次由AIC (Akaike’s information criterion)和FPE (Final prediction error)估计得到。由于模型拟合数据的时间不同步将导致所建模型的损失函数增大，因此，可将损失函数达到最小值时所对应的平移时间作为加速度数据的实际时间延迟。此外，利用江阴大桥船撞前两小时的异步加速度数据及船撞后的同步加速度数据，分别对状态空间模型方法的可重复识别能力及抗伪识别能力进行了检验。结果表明，无论是异步数据还是同步数据，状态空间模型均能较准确地识别时间延迟。
2018 Vol. 37 (14): 10-21 [
摘要
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22
基于智能手机的行人荷载测试研究
>潘子叶 陈隽 谭寰
现代智能手机测试技术的飞速发展及其高普及性，为突破行人荷载测试的技术瓶颈提供了可能。研究首先利用小型振动台，通过对比不同型号的智能手机对正弦波、扫频波及地震动信号的测量精度，筛选出适合行人荷载测试的手机软硬件系统。随后利用三维动作捕捉技术，研究测试者进行步行、跳跃和屈伸运动时，手机的携带方式、位置以及自身转动等对加速度测试精度的影响，采用文中建议的携带方式和坐标转换算法，手机所获得人体运动加速度与试验对照值非常接近，主频
特征则完全一致。进而，将手机记录的加速度与人体运动的动力学模型相结合，可获得对应的人致荷载时程，与测力板的记录结果对比表明，采用单刚体模型即可获得精度良好的跳跃和屈伸荷载时程，而步行荷载的精度一般。
2018 Vol. 37 (14): 22-29 [
摘要
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30
热耗散变形下干气密封角向摆动稳定性的研究
>张伟政，席喜林，李水平，陆俊杰，丁雪兴
干气密封系统角向摆动对密封端面造成磨损和影响密封的稳定性，本文通过数值求解和试验测试来探究密封角向摆动的稳定性规律。基于非线性振动理论，建立了气膜-密封环系统角向摆动模型，同时考虑热耗散变形对气膜厚度和刚度的影响。将气膜刚度和阻尼表示为含有摆角的多项式变量代入振动方程并设置无外激励，利用Floquet指数对非线性振动微分方程进行求解。在热耗散变形下的螺旋角为75°48ˊ32ˊˊ和无热耗散变形下的螺旋角为75°42ˊ55ˊˊ时，密封将会发生Hopf分岔，表明考虑热耗散变形下系统稳定运行时的螺旋角范围更大，热耗散变形对螺旋角和分岔点位置有一定影响。选取75°50ˊ和75°两种螺旋角测试热耗散变形下角向摆动对密封端面和泄漏量的影响，发现考虑热耗散变形下螺旋角75°50ˊ的干气密封端面擦痕严重，泄漏量不断增加，无法稳定，相比较螺旋角75°的泄漏量更大，说明热耗散变形对干气密封角向摆动有一定的影响，为干气密封的动态优化设计提供了理论指导。
2018 Vol. 37 (14): 30-37 [
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38
高性能增强混合主动调谐质量阻尼器
>曹黎媛 李春祥
为解决混合主动调谐质量阻尼器（Hybrid active tuned mass dampers，HATMD）中小质量块有较大冲程的问题，提出了增强混合主动调谐质量阻尼器（Enhanced hybrid active tuned mass dampers，EHATMD）。具体地说，是在受控结构与HATMD中的小质量块之间设置一个连接阻尼器而构成EHATMD系统。在频域内，推导出结构—EHATMD系统的动力放大系数解析式，进而定义了EHATMD系统的最优化准则。使用遗传算法（Genetic algorithm ,GA），研究了连接阻尼比和正、负标准化加速度反馈增益系数对EHATMD（简称为正反馈EHATMD和负反馈EHATMD）最优参数和减振有效性以及大、小质量块冲程的影响行为。此外，为比较的目的，同时给出了正反馈HATMD和负反馈HATMD的GA优化结果。数值结果表明，EHATMD系统优于HATMD系统；而且，负反馈EHATMD是一种高性能的减振控制装置。
2018 Vol. 37 (14): 38-43 [
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44
基于Facet模型及组合式假人对汽车-摩托车碰撞事故的仿真
> 孔令爽1,秦闯1,金先龙1,侯心一2，邱忠2
为了更好的解决汽车-摩托车碰撞事故的仿真再现问题，一种新的仿真模型及方法被提出。该方法采用Facet模型建立事故汽车及摩托车的三维模型，采用组合式假人模型建立骑车人的三维模型。由Photomodeler软件得出碰撞初始条件，并利用Madymo软件对事故碰撞过程进行直观的三维仿真再现。针对一起实际的轿车与摩托车碰撞事故，采用上述仿真模型及方法进行事故模拟。仿真结果与实际事故情况可以较好吻合，人体损伤数据与法医鉴定结果可以较好吻合，从而验证了此种仿真模型及方法的可行性及有效性。
2018 Vol. 37 (14): 44-50 [
摘要
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51
嗅球神经系统的发放模式与同步运动
> 景雷程1，王如彬1，诸震宇1
在嗅觉神经系统的信号传导过程中，僧帽细胞同步振荡活动模式的变化对于嗅球的编码与解码是十分重要的。为了研究颗粒细胞和球旁细胞如何影响僧帽细胞的同步发放，构造了僧帽细胞、颗粒细胞和球旁细胞这三种细胞的动力学模型，通过数值模拟得到了这三种细胞的发放模式。并通过构建网络模型，比较了各种不同细胞和在网络条件下它们之间的发放的差别。最后分析僧帽细胞群的同步运动，发现颗粒细胞和球旁细胞的抑制性作用促进了僧帽细胞的同步性。
2018 Vol. 37 (14): 51-58 [
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基于精细积分法的相邻结构弹塑性地震碰撞分析
>张瑞杰 李青宁 王天利 叶毅 孙建鹏
罕遇地震作用下，结构会不可避免进入塑性状态，并且相邻结构会产生碰撞现象。将相邻的复杂结构简化为多个单自由度结构，并在相邻结构间增加接触单元，以模拟多点碰撞。地震反应过程区分为分离状态和碰撞状态，分别建立了增量动力平衡方程和全量动力平衡方程，推导了分离状态增量动力平衡方程和碰撞状态全量动力平衡方程的精细积分法，并解决了滞回曲线界点的精确分析和分离-碰撞状态转换问题。设计了增量精细积分法和全量精细积分法相结合求解弹塑性地震碰撞反应的算法。通过算例分析，验证该算法能精确地模拟结构的材料非线性行为和碰撞行为。在此基础上，对接触单元模型进行参数化分析，结论有助于进一步理解相邻结构碰撞现象。
2018 Vol. 37 (14): 59-66 [
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Spark云计算平台下的结构物理参数辨识
>骆剑彬，姜绍飞，任晖，赵剑
结构物理参数辨识是结构损伤识别的一个关键问题。针对结构物理参数辨识精度不高、海量数据处理计算效率低下和在单机环境下运算资源不足的问题，本文提出一种云平台下改进并行化多粒子群协同优化算法(IPMPSCO)的结构物理参数辨识方法。在云计算平台下，引入Apache Spark云计算平台的弹性分布式数据集RDD，对传统多粒子群协同优化算法(MPSCO)的结构物理参数辨识进行分布式并行化改进。为了验证所提方法的准确性和处理海量数据的能力，在8节点的云计算集群上对一个30层框架数值试验和一个7层钢框架试验进行结构物理参数辨识。结果表明，本文所提方法具有良好的精度和稳定性，在执行效率上优于单机，且具有较好的并行能力。
2018 Vol. 37 (14): 67-73 [
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爆炸应力波作用下空孔周围裂纹群的扩展规律
>杨仁树1,2,左进京1,宋俊生1,陈帅志1,肖成龙1
为探究爆炸载荷下空孔应力集中区裂纹群扩展规律，采用爆炸加载透射式焦散线系统，研究单炮孔作用下空孔周围预制裂纹扩展的动态行为。研究结果表明：在空孔与炮孔连线方向上，空孔迎爆侧、背爆侧预制裂纹起裂并扩展，其余方向预制裂纹没有扩展，背爆侧裂纹扩展长度大于迎爆侧裂纹扩展长度；迎爆侧、背爆侧裂纹不会同时起裂，两者起裂时间差为40μs左右，迎爆侧裂纹在扩展阶段的速度和应力强度因子峰值大于背爆侧裂纹相应值；空孔对于爆生裂纹的导向作用随炮孔与空孔距离L的增大越来越不明显，迎爆侧、背爆侧裂纹扩展速度、应力强度因子值随着L的增大而减小。
2018 Vol. 37 (14): 74-78 [
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79
基于分布式襟翼风力机桨叶的模型预测振动控制
>穆安乐1， 张广兴1， 李迺璐2，邹阿配1，万强强1，许建国1
大展弦比风力机桨叶是一个细长的柔性体，在气动弹性耦合下其受力和变形十分复杂。如何通过主动控制技术实现在复杂作用下达到减振降载的目的是一个关键问题。针对此问题，将风力机桨叶简化为在其展向分布尾缘襟翼的复合材料悬臂梁叠层板。通过Rayleigh-Ritz法得到桨叶的弹性变形模型，结合Theodorsen片条理论气动力，建立了桨叶的气弹模型。采用模型预测控制(MPC)技术设计了主动控制器，实现了桨叶的振动控制。仿真结果表明：分布式尾缘襟翼在预测控制器的调节下能有效减小桨叶挥舞和扭转振动。其中展长方向上桨叶中部和叶尖处挥舞振动位移分别减小约15%、30%，80%展长处的扭转振动位移减小约70%；系统响应收敛时间缩短约50%。
2018 Vol. 37 (14): 79-85 [
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86
基于优化分类的机械振动信号压缩感知
>王强，张培林，王怀光，吴定海，张云强
针对复杂机械振动信号压缩感知过程中存在的稀疏字典构造困难问题，提出了基于QPSO分类的自适应稀疏字典构造方法。该方法首先根据信号的分割尺度，将信号进行分块，并利用每一信号块的能量大小，构造能量序列，然后利用QPSO对能量序列进行优化分类，保证不同类别间能量序列的方差最大，从而实现对信号块的分类，最后采用K-SVD对不同类信号块分别进行稀疏字典的自适应学习训练，产生与信号相适应的稀疏字典，用于机械振动信号的压缩感知重构过程。通过滚动轴承实测信号在不同状态下的压缩感知实验表明：本文所提方法能够有效提高信号重构的峰值信号比，改善机械振动信号的重构效果。
2018 Vol. 37 (14): 86-93 [
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94
隧道瓦斯爆炸数值分析与爆源类型确定研究
>李志鹏1，吴顺川1，严琼2，蒋一波2
以数值模拟方法研究工程中的瓦斯爆炸问题时首先需确定爆源，当前常采用等效TNT当量法与可燃气体法。建立流固耦合数值模型，通过对两爆源分别在自由空间、半自由空间爆炸作用下爆炸冲击波的传播特征与结构的动力响应进行分析，研究了两种爆源的爆炸特征。以洛带古镇隧道瓦斯爆炸致灾为工程背景，分析了在两爆源爆炸作用下衬砌结构的损伤特征，在TNT爆炸作用下衬砌结构近爆区损伤严重，远离爆心区域有少量损伤裂缝；在可燃气体爆炸作用下衬砌结构遍布裂缝损伤较均匀。经比较，可燃气体法模拟爆源的数值计算结果与隧道实际损伤情况基本一致，说明以可燃气体为爆源时更能真实反映隧道衬砌结构损伤特征，表明研究方法合理、计算参数取值可靠。
2018 Vol. 37 (14): 94-101 [
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102
基于VMD滤波和极值点包络阶次的滚动轴承故障诊断
>武英杰1，辛红伟1，王建国1，王晓龙2
针对变速工况滚动轴承故障诊断问题，提出一种基于变分模态分解（VMD）滤波和极值点包络阶次的特征提取方法。首先，对变速工况下的振动信号进行VMD滤波以提高信噪比，同时抑制转速波动引起的振动趋势项；搜寻滤波后信号极大值，并进行端点延拓，通过极值点插值拟合求得信号包络线；利用计算阶比跟踪技术将时域包络线转变到角度域，进而得到信号的包络阶次谱；仿真与实际数据测试表明，基于极值点的包络阶次方法可以有效提取调幅信号中的调制阶次，并且VMD滤波可以使得故障特征阶次更加凸显，易于故障识别，该方法为变速工况下的滚动轴承故障
2018 Vol. 37 (14): 102-107 [
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108
干扰阻塞算法衰减区间分析及改善方法研究
>王麟煜1.2，郑恩明1，陈新华1，黄海宁1
为了抵消主瓣干扰，干扰阻塞算法被提出。该方法首先利用均匀线阵具有的相位差特点构建阻塞矩阵；然后用构建的阻塞矩阵对线阵接收数据进行阻塞预处理；最后进行波束形成将主瓣干扰去除。但该方法在抵消主瓣干扰的同时也会对线阵输出总能量、信号、噪声、信噪比造成不同程度衰减，致使不同方位波束形成输出结果差异较大，降低了对部分方位区间内目标的检测性能。为了详细分析干扰阻塞算法衰减区间，提高抗干扰性能和检测性能，文中推导了干扰阻塞算法实现原理和干扰阻塞前后总能量、信号、噪声、信噪比变化函数，论述了影响衰减区间相关因子，并提出了相应改善方法。理论分析和数据处理结果表明：干扰阻塞算法在去除主瓣干扰时，由于受衰减区间影响，无法对衰减区间内弱目标实现有效检测；改善方法通过修正因子降低了背景能量差异，减小了干扰阻塞算法衰减区间，提高了干扰阻塞算法对在方位区间内的检测性能，可对相邻干扰2°的弱目标实现有效检测。
2018 Vol. 37 (14): 108-114 [
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115
芯体截面梯度变化的点阵夹层结构吸能特性研究
>朱凌雪1，朱晓磊2
本文应用有限元分析方法，对芯杆直径沿点阵夹层结构厚度方向梯度变化的点阵夹层结构平压性能进行了分析，并将计算结果与传统点阵夹层结构进行了对比。结果表明：通过比较极限承载力计算模型和有限元分析结果其最大误差为8.9%，芯体截面梯度变化的点阵夹层结构极限承载力小于传统点阵夹层结构。芯体截面梯度变化的点阵夹层结构面比吸能和圧溃载荷率要优于传统点阵夹层结构，且当梯度化系数为0.05时，芯体截面梯度变化的点阵夹层结构面比吸能和圧溃载荷率达到最大值。
2018 Vol. 37 (14): 115-121 [
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122
基于EWT及模糊相关分类器的管道微小泄漏检测
>肖启阳1, 李健1, 孙洁娣2, 曾周末1
针对管道微小泄漏难以检测的问题，提出一种基于经验小波变换(Empirical Wavelet Transform, EWT)及模糊相关分类器的检测方法。该方法首先对传感器采集的信号进行EWT分解，计算分解后分量的峭度值，根据分量的峭度值提出基于EWT的自适应降噪法对信号进行降噪处理，提取无噪声分量并重构；分析重构信号的模糊函数图像，结合相关系数提出模糊相关分类器检测管道微小泄漏。仿真及实验结果表明，该方法能够对管道微小泄漏进行检测，且检测率较支持向量机及神经网络高
2018 Vol. 37 (14): 122-129 [
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130
焊接球节点单层球面网壳精细化动力分析
>顾 磊1.2 张 阳2
单层球面网壳几何非线性影响较为明显，强烈地震作用下有发生动力失稳破坏的可能，节点和杆件在强震作用下会发生较大塑性变形和损坏，从而影响整体结构的抗震能力，因此网壳结构引入节点建模的精细化动力分析尤为重要。而传统单层网壳的分析常把焊接球节点假设为完全刚性节点，未考虑节点弯曲刚度、轴向刚度以及扭转刚度的影响，会过高的估计结构抗震承载力，使结果偏于不安全。本文采用ANSYS软件中的 SHELL181壳单元建立了一个跨度为6m的K6(2)型包含焊接空心球节点的精细化网壳模型，研究了网壳的频谱特性、水平和三向地震作用下的承载力，以及节点壁厚变化对动力极限承载力的影响。结果表明，节点的塑性发展会影响网壳的动力稳定性，在满足节点壁厚与杆件壁厚比大于1.5时，节点刚度变化对动力极限承载力影响较小。
2018 Vol. 37 (14): 130-140 [
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141
基于随机子空间方法的悬臂结构损伤识别研究
>唐盛华1，方 志2，张国刚3
为使用随机子空间方法对悬臂结构进行损伤判断和定位，对振动测量信号，利用数据驱动随机子空间识别方法得到随机状态空间模型，通过变换矩阵T、T1将离散状态空间矩阵A转化为特定形式，克服A矩阵的多样性问题。T矩阵采用A矩阵特征值分解后的特征向量矩阵构造，变换后的A矩阵用于判断结构是否存在损伤及相对损伤程度。T1矩阵采用A矩阵和离散输出矩阵C构造，变换后的A矩阵包含测点信息，用于结构损伤定位。损伤指标采用统计方法确定，由损伤前后样本马氏距离计算得到。通过一三自由度悬臂结构仿真算例和一座模型斜拉桥桥塔损伤试验，验证了该方法的有效性。
2018 Vol. 37 (14): 141-148 [
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149
高速列车乘坐舒适度评价的概率密度演化方法
>刘章军1,2，张传勇1,2，齐东春1,2
利用平稳随机过程的谱表示-随机函数方法，结合轨道不平顺的功率谱密度，模拟生成轨道高低不平顺的代表性样本集合，实现用一个基本随机变量表达轨道不平顺随机过程的目的。以轨道高低不平顺为外部随机激励，建立了车辆-轨道耦合随机动力系统的概率密度演化分析方法，获得高速列车在轨道高低不平顺随机激励下的车体竖向加速度的丰富概率信息。同时，根据旅客乘坐舒适度的UIC513评价标准，对于有砟轨道和无砟轨道线路，计算得到高速列车在200km/h、250km/h和300km/h三种速度下的旅客乘坐舒适度。结果表明，轨道不平顺模拟的谱表示-随机函数方法与概率密度演化理论具有一致性，两者结合可为车辆-轨道耦合系统的随机动力响应提供高效精确分析方法，实现旅客乘坐舒适度的精细化计算，进而为高速列车乘坐舒适度评价提供了新途径。
2018 Vol. 37 (14): 149-155 [
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156
衬砌脱空对隧道地震响应影响的振动台试验研究
>丁祖德1，张博1，李晓琴1，黄娟2，彭立敏2
以某两车道高速公路隧道为原型，针对隧道衬砌完好且背后无空洞、拱顶衬砌完好但背后有空洞、拱顶衬砌厚度不足且背后有空洞3类情况开展振动台模型试验，研究既有隧道衬砌背后空洞及衬砌厚度不足对隧道地震响应的影响。试验结果表明：衬砌背后空洞及衬砌厚度不足对隧道地震响应的影响很大，显著降低了隧道结构的抗震性能，改变了隧道地震破坏模式，衬砌厚度不足处和空洞处成为抗震薄弱部位。随着空洞范围和衬砌厚度不足程度的增加，这种影响随之增大。相比较而言，空洞对抗震性能的影响更明显，衬砌厚度不足的影响呈非线性变化。对于无缺陷情况，衬砌开裂部位为与隧道中轴线约成45°角的拱腰和墙脚位置；当存在拱顶衬砌背后空洞时，衬砌拱顶部位首先出现裂缝，以拱顶、墙脚和仰拱部位开裂为破坏特征；当拱顶衬砌厚度不足且存在空洞时，衬砌破坏均以拱顶及墙脚开裂为主。
2018 Vol. 37 (14): 156-161 [
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162
主动围压作用下水泥粉质黏土SHPB试验与分析
>高常辉1,马芹永1,2，马冬冬1
为研究围压状态下水泥粉质黏土的冲击压缩特性，进行了不同围压和不同应变率条件下水泥粉质黏土的霍普金森压杆（SHPB）试验，分析了围压和应变率对水泥粉质黏土动态应力-应变曲线、冲击压缩强度以及破坏形态的影响。试验结果表明：围压和单轴状态下的水泥粉质黏土动态应力-应变曲线均经历弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段，但是两种状态下水泥粉质黏土试样的破坏形态不同，单轴条件下水泥粉质黏土试样的破坏程度随应变率增加而逐渐变大，围压作用下水泥粉质黏土在冲击试验后保持较好的整体性。围压和应变率共同影响水泥粉质黏土的冲击压缩强度：相同应变率条件下，水泥粉质黏土冲击压缩强度随围压的增加而增大；相同围压条件下，水泥粉质黏土峰值应力和峰值应变均随应变率的增加而增大，表现出明显的应变率效应。
2018 Vol. 37 (14): 162-167 [
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168
基于改进型天棚阻尼控制算法的馈能式半主动油气悬架系统
>周创辉，文桂林
为了在改善车辆平顺性的同时获得较好的馈能效果，基于液-电馈能式油气悬架系统中液压马达排量对车身垂向加速度和馈能功率的影响，提出一种改进型天棚阻尼半主动控制算法。在馈能式油气悬架的1/4车辆模型中，以随机路面为激励信号，对被动控制、传统天棚阻尼半主动控制和改进型天棚阻尼半主动控制三种控制方算法的进行了仿真对比。结果表明：与另外两种控制算法相比，改进型天棚阻尼半主动控制算法有效地兼顾了车辆的平顺性的和悬架的馈能功率。
2018 Vol. 37 (14): 168-174 [
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175
螺旋线对斜拉桥斜拉索高雷诺数风致振动影响的试验研究
>刘庆宽1,2，卢照亮3，田凯强3，胡波4，马文勇1,2
斜拉索是斜拉桥的基本受力构件之一，其承受的风荷载占桥梁总体风荷载的比例很大，因此其风振问题是设计研究的重点。以风洞试验为研究手段，通过自行设计的斜拉索测振试验系统，对直径为120mm的斜拉索模型和25种螺旋线拉索模型进行了刚性模型测振试验，得到了不同斜拉索模型振幅随雷诺数的变化规律。结果表明：斜拉索上缠绕螺旋线能减弱雷诺数效应；当螺旋线缠绕间距一定，随着螺旋线直径的增加，斜拉索振幅变化呈不完全单调的减小趋势；当螺旋线直径一定，随螺旋线间距减小，斜拉索振幅变化整体呈单调减小的趋势；随着螺旋线直径的增加和间距的减小，振动稳定性有所提高。
2018 Vol. 37 (14): 175-179 [
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180
面向人体振动响应的ISD悬架座椅性能分析
>谢张军2，张志飞1，2，徐中明1，2，贺岩松1,2，黄深荣2
为解决悬架座椅设计中降低固有频率和保证系统刚度之间的设计矛盾，进一步改善悬架座椅舒适性，将惯容器运用到悬架座椅系统中。建立了ISD悬架座椅模型，选出了最适合座椅的ISD结构，并结合三自由度坐姿人体模型（ISO 5982（2001）模型）建立了四自由度人-椅系统集中参数模型。根据座椅台架试验对悬架座椅参数和人体参数进行了识别。分析了模型在不同频段下的动态响应，惯质系数在不同频段激励下的取值，以及惯质系数对座椅舒适性的影响和惯质系数与阻尼的匹配关系。结果显示，将惯容器运用于悬架座椅能明显降低系统固有频率、改善座椅舒适性；惯容器、弹簧和阻尼器三者并联是最适合悬架座椅隔振的ISD结构，舒适性的改善程度和最优惯质系数取值都与激励特征有关。
2018 Vol. 37 (14): 180-187 [
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188
薄膜型声学超材料的低频吸收性能研究
>曹卫锋，白鸿柏，朱庆
本文设计一种能够有效吸收低频声波的镶嵌薄膜结构，镶嵌薄膜结构是由若干个质量-弹簧振子系统和带有硬质边框的硅橡胶薄膜构成。当进入镶嵌薄膜结构中的弹性波与质量-弹簧构成的谐振系统发生共振时，就可实现对低频声波起到理想的吸收效果。本文研究镶嵌薄膜结构的声学机理，建立一种局域共振形式的胞元模型，探讨了负有效质量的材料属性。利用有限元仿真模拟，得到了子结构胞元和镶嵌薄膜结构的振动形态，通过谐振单元的理论形式与结构胞元的振动形态进行比较，得到二者吸收机理相同的结论，进一步证明了薄膜对集中质量的牵引力作用与入射声波激励作用的等效关系。同时，对两种不同刚度的薄膜材料进行仿真分析，比较振动形态对声波吸收形式的差异。分别对两种刚度不同的薄膜的声学超材料进行试验研究，同时，研究了结构胞元与周期结构的声学特性关系。结果表明：质量-弹簧系统对低频声波的吸收有很大影响。
2018 Vol. 37 (14): 188-194 [
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195
功能梯度输流管的非线性自由振动分析
>朱晨光 徐思朋
应用一个适用于管的高阶梁模型，分析并计算了功能梯度管在内流作用下的自由振动问题，该模型能够满足管内外表面剪应力为零的边界条件。基于该模型和哈密顿原理，得出了管道振动的控制方程。然后利用Galerkin方法将非线性偏微分控制方程离散，保留一阶振型，采用多尺度法得到了管道振动的自然频率和非线性频率的解析表达式。最后数值计算验证了方法的正确性，并且分析了内流流速、管厚和功能梯度参数等对管道振动频率的影响。
2018 Vol. 37 (14): 195-201 [
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202
动力吸振器在驱动桥减振降噪上的应用
>刘国政，史文库，郑煜圣，陈志勇
为解决驱动桥在车速90Km/h时的啸叫问题，进行整车试验，发现是由后桥齿频的激励引起桥壳共振，并设计动力吸振器来抑制驱动桥共振。详细阐述了动力吸振器的设计流程，主要包括动力吸振器的参数设计、结构设计、安装位置和减振效果的验证等。仿真和试验结果表明：安装动力吸振器后的桥壳振动幅值降低75%左右；驱动桥在90Km/h时的总噪声降低3dB(A)，齿频阶次噪声降低约6dB(A)。说明动力吸振器对驱动桥的减振降噪效果良好，具有一定的工程实用价值。
2018 Vol. 37 (14): 202-207 [
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208
考虑频变阻尼的粘弹性阻尼层板结构模态分析方法
>周 航1，校金友2，徐 超2
结构动力中的模态分析可归结为数学上矩阵特征值问题的求解。研究了一种求解有限元非线性特征值问题的数值方法，即RSRR，该方法通过对系统矩阵逆矩阵的采样，构造可靠的特征空间用于非线性特征值问题的求解，比现有基于围道积分的非线性特征值解法稳定性更好、精度更高。采用基于Layerwise离散层理论的Layerwise板单元建立粘弹性阻尼结构有限元模型比混合单元建模方法简单方便，结合Layerwise板单元建模方法，将RSRR拓展应用于粘弹性阻尼结构的模态分析，算例结果表明RSRR求解精度高、稳定性好，是粘弹性阻尼结构模态分析的有效数值方法。
2018 Vol. 37 (14): 208-213 [
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214
单人步行荷载模型研究
>谢伟平1，章涛1，何卫2，冯金鹏1
对于大跨轻柔结构，人-结构竖向相互作用较为显著，要准确预测结构人致响应，需建立更加精细的单人步行荷载模型。在单自由度弹簧、质量和阻尼（SMD）模型中，引进包含亚谐分量的内部自激励，建立了更加精细的ASMD模型Ⅱ，并对其进行了实验验证。结果表明：当结构自振频率处于亚谐共振区时，需考虑亚谐分量的影响，其影响随人/结构质量比的增加更显著，忽略亚谐分量会导致计算结果偏小；处于倍频共振区时，不考虑人-结构相互作用的共振响应预测结果偏于保守；相比之下，ASMD模型Ⅱ能更好的预测结构人致竖向动力响应。
2018 Vol. 37 (14): 214-220 [
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221
高原环境下爆炸冲击波参数的有效预测方法
>庞春桥1 陶钢1 周佩杰1 范强2 刘龙2 袁书强3
导读:
null
针对高原环境下爆炸冲击波超压和正相比冲量具体数值的确定问题，一直以来缺少完整的预测和评估方法。为此，在前人研究成果的基础上提出了一种能够有效预测高原冲击波参数的方法，并通过平原和海拔4500m高原的试验数据对该方法进行了对比验证。结果表明：该方法可以有效预测高原环境下冲击波超压和正相比冲量。当模拟弹由平原升高至海拔4500m的高原时，超压衰减程度会随着爆炸比例距离的增加而不断加剧，其中，超压衰减程度可达20%以上，正相比冲量衰减程度在17%左右。
2018 Vol. 37 (14): 221-226 [
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227
用于微振动控制的主动隔振单元的研究
>潘公宇，陈磊，李东，肖文强
导读:
null
本文利用空气弹簧低频减振特性良好的特点，提出了一种用于微振动控制的主动隔振单元，并利用该隔振单元构建了6自由度减振平台系统，建立了系统的运动微分方程式，并对系统在最优控制下的性能进行了仿真和实验研究，结果表明：所提出的主动隔振单元构建的减振平台减振效果高达了20dB左右，不仅对中高频扰力具有良好的隔振效果, 而且对低频和超低频扰力能进行有效的隔振，对精密制造和测量具有很重要的意义。
2018 Vol. 37 (14): 227-230 [
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231
强震作用下立体桁架结构抗连续倒塌性能研究
>韩庆华1,2 郑靖潇1 徐颖1,3, 傅本钊1
地震灾害发生时，主震之后通常伴有多次余震。以往的震害事故表明，主震过程可能引起立体桁架结构薄弱部位发生初始失效，并导致结构在余震中发生连续倒塌破坏。针对以上问题，本文首先采用增量动力法确定立体桁架结构薄弱部分分布规律，然后采用预定义场法引入初始失效杆件，分析不同破坏模式下该类结构破坏加速度、倒塌极限位移和塑性杆件比例等响应的变化规律，最后提出了改善结构抗连续倒塌性能的有效措施。分析结果表明：在强震作用下立体桁架结构的薄弱部位为主桁架跨中3/8L范围内的上弦杆、下弦杆及跨中支撑桁架的上弦杆。引入初始失效后结构破坏加速度降低了13.3~40.0%，倒塌极限位移降低了1.6~30.9%。当初始失效杆件为受压杆件时，结构产生动力失稳破坏；当初始失效杆件为受拉杆件时，结构产生动力强度破坏。针对发生动力失稳破坏的立体桁架结构，增加侧向交叉支撑使破坏模式转变成动力强度破坏，破坏加速度提高69.4~73.7%。
2018 Vol. 37 (14): 231-238 [
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239
基于同步挤压小波变换的振动信号自适应降噪方法
>沈微 1 陶新民1 高珊1 常瑞1 王若彤1
振动信号在噪声影响下，特征提取十分困难。为此应用同步挤压小波变换(Synchrosqueezing Wavelet Transform,SST)对振动信号进行降噪，针对分解后本征模态分量(Intrinsic mode Function,IMF)的选取问题，提出一种基于瞬时频率复杂度和自相关系数峰度值的同步挤压小波变换降噪方法。算法首先对原始信号进行SST信号分解并提取小波脊线生成固有模态分量，然后对生成的分量进行Hilbert变换得到瞬时频率曲线，再根据瞬时频率的复杂度选择相应的合成分量重构信号。为了进一步消除噪声影响，本文方法同时采用了自相关系数峰度阈值法对筛选后的分量进行二次剔除，最终实现对原始信号降噪的目的。试验最后通过不同标准方差的噪声仿真信号以及物流机械传送设备振动信号验证本文方法的可行性和有效性，同时将本文方法与基于集成经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)和小波变换的方法进行比较，结果表明本文方法的降噪性能要优于其他方法。
2018 Vol. 37 (14): 239-247 [
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248
基于遗传算法的动力总成悬置模态解耦及隔振性能优化
>卢炽华1,2,3，刘永臣1,2，刘志恩1,2，周依帆4，张磊4
针对某SUV模态解耦率以及隔振性能不达标问题开展优化研究。运用两个三向刚度弹簧对后悬置独特结构进行简化并基此建立四点悬置六自由度多体动力学模型。以橡胶三向静刚度为优化变量，以悬置模态解耦率为优化目标，采用遗传算法对悬置参数进行优化。结合原悬置非线性刚度段的设计参数，对优化后的悬置进行通用28工况仿真以评判悬置限位作用。分析和测试结果表明，优化后悬置模态解耦率有大幅提升且悬置能够满足隔振以及限位要求。
2018 Vol. 37 (14): 248-253 [
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基于浸入边界算法的振动二维矩形柱绕流模拟研究
>杨青1，曹曙阳2，周军文3
文章利用浸入边界算法，编写出可在静止网格中计算动边界绕流问题的数值模拟程序，对竖向正弦强迫振动矩形柱（Re=UD/v=103、振幅恒定、边长比B/D=1、3、5）展开绕流模拟，以探究边长比效应对矩形柱气动特性的影响。研究发现：柱体锁定区随边长比增大而发生变化，在B/D=3时，出现多级锁定现象；不同边长比矩形柱运动均会抑制同方向涡的产生；由于流动再附，B/D=3、5时，矩形柱侧面压力分布出现曲线特征；振动频率越高，柱体侧面前缘负压特征越明显，其侧面压力曲线分布特征亦同时增强；不同边长比矩形柱阻力系数均在接近自然涡脱频率处发生峰值效应。
2018 Vol. 37 (14): 254-261 [
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262
基于非线性有限元法的冰区玻璃钢实验船碰撞性能研究
>胡文进1，倪宝玉1，白晓龙1，李志鹏1，于昌利2
本文采用有限元软件ANSYS建立了冰区玻璃钢船舶与冰排的模型，设置碰撞参数与材料属性，利用LS-DYNA进行船-冰碰撞的非线性有限元计算，并分析碰撞结果。主要研究两个碰撞因素的影响：首先是玻璃钢的铺层角度，即[-45/45/-45/45/-45]和[90/0/90/0/90]这两种典型铺层方向下的玻璃钢船与浮冰碰撞的动态响应过程，得到船艏碰撞点应力曲线图以及船舶和冰排能量变化曲线，对比不同碰撞结果；其次是碰撞速度，在不同速度下玻璃钢船与冰的碰撞，得到玻璃钢船外板碰撞处的应力曲线和冰排应力分布云图，并进行了力学分析。
2018 Vol. 37 (14): 262-268 [
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269
基于振动烈度的液压泵故障多信息特征提取方法研究
>刘思远1,2李晓明1,2刘建勋1,2张建姣1,2赵静一1,2
单一信息呈现出模糊性和不完备性，无法准确评估液压泵的工作状态。为此，提出一种基于振动烈度理论的多传感器信息特征提取方法。通过物理量转换法将滤波后的泵出口流量信号和压力信号分别转换成速度信号和加速度信号；利用振动烈度的频域计算方法提取振动、流量和压力信号的烈度特征因子；以滑靴磨损故障为例分析烈度特征因子的敏感性，找出对故障反映敏感的烈度因子。本研究对于增加信息完备性和提高状态评估准确率具有重要意义。
2018 Vol. 37 (14): 269-276 [
摘要
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