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2018年 37卷 18期
刊出日期：2018-08-28
论文
论文
1
抑制模态混叠的HHT结构模态参数识别方法研究
>练继建 1,2，荣钦彪 1,2，董霄峰 1,2,3，王鸿振 1,2，刘卓 1,2
针对传统经验模态分解法（EMD）的模态混叠问题，在分析模态混叠产生机理的基础上，提出基于互补总体平均经验模态分解（CEEMD）与信号调频（FM）结合的组合分解方法（FM-CEEMD），并通过仿真信号验证了FM-CEEMD分解方法的有效性。将FM-CEEMD分解取代传统EMD分解应用于希尔伯特-黄变换（HHT），得到抑制模态混叠的改进HHT结构模态参数识别方法。仿真试验与实际拱坝识别结果表明：提出的改进HHT法不仅能避免模态信息丢失、提高模态参数识别精度，同时也适用于实际水利工程模态识别研究。
2018 Vol. 37 (18): 1-8 [
摘要
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313
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9
含关节间隙的3-CPaRR并联机构的运动学和动力学分析
>朱景原1,4，王见1,4，丁泽华1,4，周辉1,4，曹毅1,2,3,4
为研究关节间隙对并联机构动态特性的影响，本文以3-CPaRR并联机构为研究对象。基于该并联机构的运动学约束，首先研究了该并联机构的运动学规律，表明该并联机构驱动圆柱副可等效分解为驱动移动副和被动转动副；其次，利用正态分布概率统计模型建立了含间隙转动关节径向和轴向的运动学模型，进而建立了含关节间隙的支链运动学模型；然后，根据关节元素间接触运动学模型，基于Flores接触力模型和修正的Coulomb摩擦模型分别建立了转动关节的法向接触力和切向接触力模型，并基于非完整系统的Lagrange方程法建立了含关节间隙并联机构的动力学模型；最后，通过实例计算详细分析了转动关节间隙对并联机构运动学特性和动态响应的影响；此外，通过与标准正态分布模型参数μ对比，分析了定义关节元素初始接触时的间隙量为μ值时的物理意义；上述研究可为其他含关节间隙多体系统的研究提供新的研究方法和理论基础。
2018 Vol. 37 (18): 9-17 [
摘要
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18
多档导线面内动态特性及共振条件分析
>刘小会1,胡友1，严波2，蔡萌琦3
基于振动理论给出了连续档导线频率计算公式，应用子结构理论获得连续档导线的模态函数。根据理论公式得到不同档数及张力情况下连续档导线频率值及模态形状，与相应的有限元结果吻合，验证了理论公式的准确性。根据频率理论公式揭示了连续档导线几何参数对无量纲频率的影响规律，预测了连续档导线不同模态之间产生共振的条件，结果表明连续档导线产生面内多模态耦合的条件与单档导线区别明显。采用Galerkin方法离散连续档导线控制方程得到了多模态耦合的非线性常微分方程，为进一步研究连续档导线内共振时的分岔行为奠定了理论基础。
2018 Vol. 37 (18): 18-29 [
摘要
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180
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30
基于范数归一化和稀疏正则化约束的结构损伤检测
>骆紫薇 1，余岭 1，2，刘焕林 1，潘楚东 1
利用结构损伤空间稀疏性进行结构损伤识别是结构健康监测领域的研究热点之一。基于结构灵敏度分析与稀疏正则化的损伤识别方法能有效识别结构损伤位置和程度，但在噪声等因素影响下，其识别结果容易出现误判和刚度强化等问题。针对此问题，基于范数归一化与稀疏正则化约束，提出了一种结构损伤检测方法。本方法在迭代求解过程中，通过增加范数归一化、稀疏正则化约束以及对模型增加牛顿迭代法约束和总损伤折减系数约束，达到减少误判、增加结果合理化和提高识别精度的目的。三种不同结构损伤识别仿真算例研究表明：增加范数归一化和模型约束后，结构损伤识别精度得到明显提高；在不同噪声水平下，所提新方法既能有效定位结构损伤又能准确识别结构损伤程度，且具有较强鲁棒性。
2018 Vol. 37 (18): 30-35 [
摘要
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36
小数据条件下基于测地流核函数的域自适应故障诊断方法研究
>刘海宁1，宋方臻1，窦仁杰1，黄亦翔2，刘成良2
针对机械设备的状态监测和故障诊断面临的先验样本数据少、样本空间不完备的“小数据”困境，提出了基于测地流核函数的域自适应故障诊断方法。以有限的先验样本数据作为源域，以实际监测数据作为目标域，分别提取设备状态特征并将特征分布子空间嵌入格拉斯曼流形，基于测地流核函数对源域和目标域在特征分布结构上的相似性进行度量，从而实现域自适应基础上的故障诊断。基于轴承振动数据的实验验证表明，基于测地流核函数的域自适应故障诊断能够有效抑制工况变化、采样母体差异的影响，提高故障诊断正确率。
2018 Vol. 37 (18): 36-42 [
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43
航空输流管道动力学的非参模型研究
>曹建华1,2，刘永寿1，刘伟1
针对航空工业中管道上卡箍支承的不确定性，采用适用于系统误差的非参方法，对输流管道进行建模、仿真并预测管道振动特性。将输流直管上卡箍简化为简支和扭转弹簧，采用尺度为3，阶数为4的区间样条小波有限元离散管道振动微分方程，将卡箍所影响的系统刚度矩阵视为不确定性，采用非参方法生成随机模型。通过数值结果对比，对于频率响应曲线，非参模型的可信区间完美包含均值模型，随着频率的增大，不确定性对高阶频率影响越大。对于频率随流速变化曲线，非参模型的可信区间完美地包含均值模型，随着流速的增大，不确定性对每阶频率的实部影响越来越小，而对虚部影响越来越大，但是不确定性对发散和颤振失稳没有影响。
2018 Vol. 37 (18): 43-47 [
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48
圆柱体涡激振动的高阶非线性振子模型研究
>康庄，张橙，付森，徐祥
为快速准确预报圆柱双自由度涡激振动幅值响应等重要特性，本文提出了一种高阶非线性振子模型。首先基于拉格朗日第二类动力学方程及二元函数的泰勒展开公式推导了四对称弹簧固定的圆柱振动方程，在其中计入了轴向拉伸非线性项和耦合非线性项；然后根据离散点涡理论推导了圆柱涡激振动中所受的脉动升力和脉动阻力，并得到了它们之间的数学量化关系；最后利用包含五阶气动阻尼项的改进Van der Pol方程来模拟流体振子，进而建立了非线性结构振子和流体振子的耦合方程组模型。在此基础上对不同质量比和阻尼比的圆柱进行涡激振动预报，并与试验数据进行对比分析，验证了本文模型应用的正确性和广泛性，最后对模型中的各项参数进行了敏感性分析。
2018 Vol. 37 (18): 48-58 [
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59
基于卷积神经网络的稳定图自动分析方法
>苏亮，宋明亮，董石麟
提出一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的稳定图自动分析方法。在获得不同结构的稳定图之后，按照各自的频率识别精度要求，将稳定图均分成若干个频带，得到单一模态稳定图作为CNN训练样本。然后,通过平移、改变稳定点标记等技术手段对样本进行扩充,再将预处理好的训练样本代入CNN，通过跟踪损失函数在训练过程中变化规律，对如学习率等CNN参数进行调优，最终得到可自动判别稳定图中虚假模态的CNN。以3自由度弹簧质量数值模型、7自由度弹簧质量数值模型、以及一座钢筋混凝土框架结构大楼、瑞士Z24桥加速度实测数据验证了所搭建CNN模型的有效性。训练和预测结果表明，搭建的CNN亦可用于其他一般结构的稳定图自动分析，具有一定的通用性。在无需人为提取任何特征参数，也无需设定任何阈值的情况下，即可自动且准确、快速地剔除稳定图上的虚假模态。
2018 Vol. 37 (18): 59-66 [
摘要
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67
考虑气氛环境的含间隙断路器传动机构磨损预测
>刘创，刘宏昭，张磊，李来
为探究某大型断路器机构系统在SF6中的磨损规律，采用正交试验法，在自主研制的轴-套式摩擦磨损试验机上进行磨损试验，获得了不同工况下的磨损率，并结合神经网络建立了磨损预测模型；考虑运动副间隙的存在，基于非线性弹簧阻尼模型，利用ADAMS软件仿真获得了该传动机构危险关节的动力学参数，并将其作为预测模型的输入信息，对关节的磨损进行了迭代计算。经对比分析，发现磨损深度在轴套表面呈非均匀分布，且试验气氛下关节磨损明显较空气环境中严重。本文研究为断路器机构优化设计、故障诊断提供了理论依据，并为机构动力学参数与运动副磨损相耦合的问题提供了分析方法。
2018 Vol. 37 (18): 67-72 [
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自复位结构延性需求谱研究
>杨博雅， 吕西林
自复位结构的滞回曲线为旗帜型，具有延性好、损伤小等特点。对旗帜型滞回模型建立单自由度体系，进行弹塑性时程分析，获得了等强度延性需求谱。与代表现浇结构的双线性弹塑性滞回模型进行对比，表明延性需求更大，设计时要通过合理的措施保证更高的延性。研究了整体设计参数，如强度折减系数、抬起后刚度和滞回耗能能力对自复位结构的延性需求影响，说明了旗帜型滞回模型的非线性反应谱特征。对模型进行参数分析，说明了抬起后刚度系数α和耗能系数β对旗帜型滞回模型的影响。结果表明，在一定程度上增加α或增加β，可以减小自复位结构的延性需求。
2018 Vol. 37 (18): 73-77 [
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78
不同加载方向异形截面多腔钢管混凝土分叉柱抗震性能试验
>武海鹏1,2，曹万林1，董宏英1，殷飞1，李翔宇1
为研究异形截面多腔钢管混凝土分叉柱不同方向的抗震性能，进行了5个试件在往复两次水平力下的低周反复荷载试验研究。试验考虑了三种加载方向，截面长轴方向、短轴方向和45度方向，两种节点核心区构造，基本构造和节点核心区增加钢管腔体的加强构造，试验结果表明：累积损伤下，焊缝布置位置引导了试件的破坏，各试件的损伤破坏为下柱下水平隔板处焊缝开裂及延伸引起的钢板撕裂；截面长轴方向承载力高、刚度大、变形能力强、耗能能力好，45度方向次之，短轴最弱；节点核心区加强构造可一定程度上提高试件承载力、刚度和耗能能力；同一往复荷载作用下的承载力退化不明显；试件的变形和耗能主要发生在上柱部分，约占30%~40%；各试件均具有良好的弹塑性变形能力，可用于超高层巨型框架结构抗震设计。
2018 Vol. 37 (18): 78-85 [
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86
远场类谐和地震动下大底盘单塔楼隔震结构振动台试验研究
>颜桂云1，方艺文1，吴应雄2，肖晓菲1
远场类谐和地震动具有长持时、低频成份丰富等特征，后期振动阶段产生多个循环脉冲，类似谐和振动，需分析与验证其对隔震建筑等长周期结构抗震性能带来的不利影响。首先讨论远场类谐和地震动峰值比、持时及反应谱特性。然后设计一个大底盘单塔楼钢框架结构，分别组装为抗震、基础隔震和层间隔震等三种试验模型，以普通地震动与远场类谐和地震动为激励输入，进行单向振动台试验与数值模拟，探讨地震波中的长周期成份与类谐和成份对隔震结构层间位移、楼层加速度、隔震层变形等减震性能的影响，分析塔楼水平向缩进尺寸比例为1:1.5、1:2 、1:2.5和1:3等条件下隔震结构的振动特性。结果表明：远场类谐和地震动作用下的抗震、层间隔震与基础隔震模型的楼层动力响应为普通地震动下结构响应的2-3倍，隔震结构的减震性能也明显劣于普通地震动下的减震性能，隔震层在远场类谐和地震动下的最大变形为普通地震动的3-4倍，易导致隔震支座变形过大而产生破坏；不同的塔楼水平向缩进尺寸比例对隔震结构振动特性并无明显影响。
2018 Vol. 37 (18): 86-94 [
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95
泡沫铝夹芯结构抗平头弹侵彻理论分析模型
>方志威1,2，侯海量1，李茂1，李典1
为研究泡沫铝夹芯结构抗平头弹侵彻的理论分析模型，将弹体侵彻泡沫铝夹芯结构的过程分为三个阶段：前面板剪切失效、泡沫铝压缩剪切和后面板隆起开口。根据夹芯结构各组成部分的破坏模式，结合牛顿运动定律和能量守恒建立了各阶段的理论计算模型；通过理论计算模型分析了泡沫铝夹芯结构各组成部分在抗弹过程中吸能情况。结果表明，该理论模型计算结果与试验结果吻合良好，两者最大误差不超过10%。泡沫铝夹芯结构抗弹过程中，泡沫铝芯层吸能最多，占到总吸能的48.9%；其次是后面板吸能，前面板吸能最少。前面板与后面板的吸能差别是因为两者在弹体侵彻过程中变形失效模式不同。
2018 Vol. 37 (18): 95-99 [
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100
低质量比舵系统流致振动特征研究
>王人凤,尤云祥,陈科,胡晓峰
考虑到舵的展弦比对其振动特性可能造成影响，将经典两自由度系统动力方程进行参数修正。方程中代表惯性效应的项引入附加质量修正系数，而环量项引入环量修正系数，并通过MATLAB编程求解方程得到了不同来流速度时舵系统的时历曲线以及相轨线。随着来流速度的增加，相轨线的形状趋于扁平化，这意味着系统的动能可以转化为更大的势能。此外，利用有限体积法结合半隐式积分法对计算区域进行离散，并选择SIMPLE算法对离散后的控制方程进行求解，从而模拟了流体作用下舵系统的瞬态运动，分析了舵系统发生颤振时的绕流场变化。发现在舵的上表面，前缘和刚心之间的涡不断向后缘扩散，并在刚心和后缘之间形成了明显的涡层，此时舵的上表面形成一个完整的涡层，这与系统做衰减运动时有所不同。并且系统会出现大角度的俯仰运动，此时前缘和刚心之间出现较大的涡量。
2018 Vol. 37 (18): 100-107 [
摘要
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126
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108
基于改进FOA优化的CS-SVM轴承故障诊断研究
>何大伟, 彭靖波, 胡金海, 李腾辉, 贾伟州
针对故障诊断中的小样本及样本类不平衡问题，建立基于代价敏感支持向量机(CS- SVM)的故障诊断模型，提出采用改进FOA算法(IFOA)对规则化常数 、 和核函数参数 进行优化选取，通过增大对故障类样本错分的惩罚代价，提升对故障类的诊断正确率。以IMS航空轴承实验数据为对象，结合随机共振、KPCA特征提取方法对所提IFOA优化的CS-SVM模型进行了验证，结果表明，所提方法能有效处理误分类代价不同的轴承故障诊断问题，提高了故障类样本的诊断正确率，可拓展应用至其它故障诊断领域。
2018 Vol. 37 (18): 108-114 [
摘要
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187
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115
基于结构与材料参数的S形薄壁梁抗撞性与轻量化研究
>樊璐璐，吉野辰萌，林烨，刘欢，于征磊
以车身前部吸能部件前纵梁结构中常见方形截面S形薄壁梁为研究对象，探讨了如何通过合理引入诱导槽和加强筋设计提高其抗撞性，及基于材料属性实现轻量化设计。根据诱导槽位置分布、个数和加强筋分布的不同建立8种有限元模型，通过仿真优选了两种吸能特性较好的结构模型；在此基础上，以质量为约束，结构几何尺寸为设计变量，提高抗撞性为目标，对其中带有加强筋的S形薄壁梁进行多目标优化，并基于高精度代理模型快速获得了最优设计参数；对比碰撞力-位移仿真曲线与理论曲线，验证了优化模型的有效性；通过将加强筋板的材料改为镁铝合金，进一步实现了轻量化设计。研究成果可为实现薄壁梁结构的抗撞性优化与轻量化提供新的解决方案。
2018 Vol. 37 (18): 115-120 [
摘要
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130
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121
基于自适应序贯相似性检测波形匹配延拓的EMD端点效应抑制
>杨剑锋1.2，石戈戈1，周天奇1,高锋阳1
针对经验模态分解过程中信号两端出现的严重失真问题，在波形匹配延拓的基础上，提出了一种基于自适应序贯相似性检测波形匹配延拓的端点效应抑制方法。该算法引入基于精度的截止阈值，使算法有了很好的直观性和快速性。再通过对折自适应调节阈值，进一步减少遍历所需时间。通过对模拟信号和实际工程信号分别进行仿真分析，结果表明该算法能够有效的抑制在经验模态分解过程中出现的端点效应问题，改善分解效果。
2018 Vol. 37 (18): 121-125 [
摘要
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223
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126
正六边形钢管约束混凝土靶抗侵彻机理的数值模拟
>蒙朝美1,2，刘飞1，蒋志刚1，宋殿义1，谭清华1
钢管约束混凝土靶的抗侵彻性能优于无约束混凝土靶。为了揭示钢管形状对抗侵彻机理的影响，运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件，采用有限元-光滑粒子法，对比分析了正六边形和圆形钢管约束混凝土靶的侵彻过程和约束机理。结果表明：钢管对混凝土的约束效应可以分为应力波效应和弹丸扩孔阶段限制混凝土径向位移效应，且以后者为主；钢管形状对靶中应力和钢管变形均有影响。弹丸中心入射时，圆形钢管受径向均匀压力作用，应力沿圆周近似均匀分布，钢管壁处于简单面内拉伸状态；六边形钢管壁受不均匀内压作用，钢管壁产生面内拉伸变形和面外弯曲变形，角部向内弯曲变形增加了对混凝土的约束作用，并在对角线附近形成了高压力区，从而增大了侵彻阻力，提高了抗侵彻性能。
2018 Vol. 37 (18): 126-131 [
摘要
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132
基于异形砂轮的超声加工系统设计研究
>唐 军 1,赵 波 2
针对超声辅助磨削碳纤维复合材料不仅可以保证砂轮的自锐性，而且可以抑制碳纤维复合材料缺陷的产生，研究适应超声速推进器中异形、深腔燃烧室构件的超声加工系统；基于一维振动理论和薄板振动理论，分别建立了多段式变幅杆和异形砂轮的频率方程，并在此基础上应用MATLAB 7.1软件进行数值计算获得了带有异形砂轮的多段式变幅杆；之后，对设计出超声振动系统分别进行有限元分析和固有频率测试，结果表明二者相对设计频率的误差在1.4％以内；最后，通过对研制的超声加工系统对碳纤维复合材料构件进行切削试验，获得了较好的加工效果。
2018 Vol. 37 (18): 132-137 [
摘要
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180
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138
含负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳声振性能分析
>夏利福 杨德庆
在保证结构承载能力的前提下，设计了含轻量化、减振降噪性能优良的负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳结构，探索将其应用于潜艇动力设备舱舱段,以降低因动力设备引起的振动与噪声。通过调节超材料肋板宽度,可改变双层圆柱壳结构的整体刚度，调节超材料功能基元壁厚、角度以及基元层数可改变双层圆柱壳结构的隔振及声辐射性能。研究了保持肋板总质量不变条件下，超材料功能基元层数对双层圆柱壳结构隔振与声辐射性能的影响。给出了不同超材料肋板结构宽度、功能基元负泊松比及基元层数下双层圆柱壳结构的强度、固有频率、加速度响应级、振级落差、振动传递率以及辐射声功率。通过与常规双层圆柱壳结构对比，证实了采用负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳结构轻量化优势与低噪声性能。
2018 Vol. 37 (18): 138-144 [
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145
复合材料层压板小质量冲击下分层扩展的接触力阈值识别
>叶文勋,于哲峰
识别出层压板小质量冲击下发生分层扩展时的接触力有助于确定导致其损伤的外物冲击能量。由解析模型的分析可知，局部接触刚度降低会引起接触力的突降，而整体弯曲刚度的降低不会产生这个响应特征，只会导致接触力峰值的降低。研发了小质量冲击试验机，对层压板进行多个能量下的小质量冲击试验，由冲击头的响应和层压板冲击点的挠度测量接触力。发现产生明显分层损伤时，接触力在理论的分层阈值处有明显下降，随后继续升高，这种现象可作为冲击中分层扩展的识别方法。由冲击点挠度测量接触力时，为了捕捉到突降信号，采样频率需达到200 kHz，否则只会得到接触力曲线斜率发生变化的结果。
2018 Vol. 37 (18): 145-151 [
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131
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152
机匣-双转子高维系统建模与实验验证
>孙传宗 1， 杨瑞 1， 陈予恕 1， 侯磊 1,2
以机匣-双转子实验台为研究对象，基于ANSYS建立了可表征复杂结构的高精度实体有限元模型，应用Craig-Bampton模态综合方法实现了子模型维度缩减与整机动力学模型的组装。通过对比临界转速和振型验证了缩减模型的有效性，借助三维频谱图和轴心轨迹，分析了系统稳态响应特征，最后进行了实验验证。结果表明本文发展的机匣-双转子系统建模及模型缩减方法精确、高效，为实际航空发动机机匣-双转子系统的动力学研究提供了参考。
2018 Vol. 37 (18): 152-157 [
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158
基于现场液化试验的砂土孔压与剪应变关系研究
>付海清1,2，袁晓铭1，汪云龙1
采用自行发展的现场液化试验技术与方法，设计完成两种形式的现场试验，研究了饱和砂土液化过程中孔压和剪应变关系，给出了两者关系的定量表达式，并与他人基于动三轴试验、现场液化试验得到的结果进行了对比和讨论。主要认识如下：（1）加速度对饱和砂土孔压与剪应变的关系影响较小，但其影响程度大于相对密度；（2）提出用数学和液化物理过程表达一致的公式 [U=1-exp(aγ+b),U≥0]来定量描述这种关系；（3）当饱和砂土剪应变在0.03~0.3%时，孔压迅速发展。剪应变在0.5%左右时，孔压比达到1。这一结果，与Dobry动三轴试验结果基本一致，而与Chang现场试验结果存在差异，原因是Chang的土体剪应变为有限元方法计算液化大变形而非用实测位移得到。
2018 Vol. 37 (18): 158-164 [
摘要
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165
6061铝合金约束Al2O3陶瓷球复合材料抗弹性能和抗弹机理研究
>胡勤，王进华，吕娟，邢志媛，吴岳壹
采用挤压铸造浸渗成型的方法制备了6061铝合金约束直径为6mm的Al2O3陶瓷球复合材料，并通过12.7mm穿燃弹和30mm穿甲弹打靶试验，验证了复合材料的抗弹性能，得到了靶体破坏与弹丸侵彻特征。结果表明：密度为3.3～3.4g/cm3的复合材料其抗12.7mm穿燃弹和30mm穿甲弹的质量防护系数分别大于2.2和1.7。6061铝合金约束陶瓷球复合材料受力时相邻球体间发生碰撞将弹丸集中冲击载荷变成局部分布载荷，同时软质的合金与硬质的陶瓷球交替排布起到了分散能量和加快弹丸冲击力的激波反射，这是提高复合材料的抗弹性能的原因所在。
2018 Vol. 37 (18): 165-169 [
摘要
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170
星载SAR天线高稳定度指标分配方法研究
>范亮,高晶波,王聪
为研究大型星载SAR天线的高稳定度指标分配问题，本文根据天线在轨运行的实际环境设计了三种仿真工况，运用ADAMS对SAR卫星天线进行多体动力学分析，并提出运用概率法对指向精度进行合理分配。结果表明：在具有相同有效载荷且距离天线位置相对较近的部位施加扰动对SAR天线的指向精度影响较大，且影响程度由大到小依次为：隔振器扰动、CMG调姿扰动、SADA扰动，三个视角对天线指向精度的影响程度由大到小依次为：俯仰角、方向角、距离角。提高隔振器的隔振性能，减少有效载荷的扰动对卫星天线指向精度的影响，在多种成像模式切换的过程中加强对俯仰角的控制，可以有效地提高SAR卫星天线的成像质量，并为卫星总体选择合适型号的调姿机构提供帮助。
2018 Vol. 37 (18): 170-176 [
摘要
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205
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177
基于贝叶斯网络的自由场地震液化沉降评估
>唐小微 1, 白 旭 1，胡记磊 2
基于贝叶斯网络方法，综合考虑地震参数、土体参数和场地条件等12个影响因素，结合场地的液化势和液化潜能指数，建立了地震液化沉降的贝叶斯网络评估模型。通过算例分析，与径向基神经网络方法和I&Y简化计算方法的评估性能对比，发现地震液化沉降的贝叶斯网络评估模型的优势明显。该模型不仅有较好的评估精度和可靠性，而且还可以进行逆向因果推理。对两个机器学习模型进行敏感因素分析发现，在12个影响因素中，地表峰值加速度、地震持续时间和标准贯入锤击数为较敏感因素，和I&Y简化算法考虑的参数基本一致。
2018 Vol. 37 (18): 177-183 [
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184
考虑充气压力效应的重载轮胎面内振动模态建模及参数辨识
>刘志浩 高钦和
针对重载轮胎胎侧径向长度和胎体宽度比值(扁平比)接近1的结构特点，提出考虑不同充气压力的轮胎面内中低频试验模态分析、动力学建模和参数辨识方法。基于欧拉梁理论，考虑胎体面内弯曲、充气压力引起的胎体梁轴向力和充气压力敏感的胎侧径向刚度，建立轮胎柔性胎体-周向分布胎侧单元-轮毂质量块耦合动力学方程；考虑柔性胎体与周向分布胎侧单元的耦合效应，开展重载轮胎不同充气压力的面内振动模态试验，获取轮胎不同充气压力的共振频率试验值；以重载轮胎不同充气压力的面内共振频率试验值和解析解的误差作为目标函数，利用遗传算法对轮胎的未知结构参数进行辨识，并对高阶模态的固有频率进行预测。结果表明：（1）重载轮胎的面内振动体现为柔性胎体与周向分布胎侧单元的耦合振动，其中在0~180Hz内为同向振动，在180~300Hz内为反向振动；（2）随着充气压力的增加，重载轮胎各阶共振固有频率增大；（3）充气压力引起的胎体轴向力的变化和充气压力敏感的胎侧径向刚度效应可表征不同充气压力的轮胎面内振动特性。
2018 Vol. 37 (18): 184-192 [
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193
考虑多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙抗震性能试验研究
>韩启浩，汪大洋，张永山
传统组合钢板剪力墙采用单块混凝土板拼装，其尺寸较大，运输吊装困难，本文考虑将单块改为多块预制混凝土板，进而提出了多块混凝土板拼装的组合钢板剪力墙。设计制作了竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙共3个缩尺比为1/3的组合钢板剪力墙试件，开展了低周反复荷载试验，对比研究了各试件的破坏特征、滞回性能、位移延性、耗能能力及刚度退化等抗震性能。结果表明，混凝土板分块布置会一定程度地降低组合钢板剪力墙的抗侧刚度和耗能能力，但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响；竖向拼装组合钢板剪力墙呈弯剪破坏形式，属于延性破坏，横向拼装组合钢板剪力墙在预制板间横向拼缝处撕裂破坏，呈现较为明显的剪切型破坏特征；横向和竖向两种拼装方式中，竖向拼装组合钢板剪力墙延性系数略小，但其他抗震性能指标如耗能能力、承载能力、刚度等均更为优越。
2018 Vol. 37 (18): 193-200 [
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201
冷却塔风振效应特征及影响因素分析
>张军锋1, 2，杨军辉1，葛耀君2，赵林2
为深入理解冷却塔风振响应特征及其影响因素，通过动力计算获取风振响应并分析各内力的风振特征，尤其关注背景和共振分量σB、σR在总脉动响应σ中的贡献；另外，调整阻尼比ζ、风速取值V和风压子午向相关性等参数，探究其对内力脉动响应的影响幅度并分析其影响机理。结果表明：各内力σB和σR的耦合性极小，可以忽略；σR对σ的贡献随位置和响应而变化，忽略σR时，塔筒中下区段双向轴力的σ下降约10%，在顶部下降约20%~30%，环向弯矩的σ在整个塔筒高度都下降约20%~30%；随ζ的增加，各响应的σR显著下降且可由公式近似计算，但因各内力σR对σ的贡献权重有限，随ζ增加时σ的下降并不显著，尤其是双向轴力；通过调整风速V发现，σR与V3成正比；子午向相关性主要是通过σB而影响σ，故主要对双向轴力的σ有影响，但子午向相关性的提高使FY的σ有所增加但使FX的σ有所减小。结合结构配筋设计可知，子午向的共振效应可以忽略，而环向的共振效应不可忽略。
2018 Vol. 37 (18): 201-208 [
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209
基于子空间空间谱极值起伏特性加权的未知目标检测方法
>陈建军1，郑恩明2，陈新华2
针对同一频带中不等强度未知目标检测问题，依据不同目标辐射信号对各子空间空间谱贡献大小的不同，提出一种基于子空间空间谱极值起伏特性加权的未知目标检测方法。对线列阵接收信号协方差矩阵进行特征分解得到各子空间相应子矩阵；对各子矩阵进行波束形成得到各子空间空间谱，并利用各子空间空间谱极值起伏差异形成加权因子；利用该加权因子对归一化的各子空间空间谱进行加权统计得到最终空间谱，以提升弱目标子空间空间谱在最终空间谱的比例。理论分析、数值仿真和实测数据处理结果均证明了，该方法可以有效抑制了噪声子空间对目标子空间的干扰，增强了弱目标子空间空间谱在最终空间谱的比例，使其比例由原先的σ2_s,w/(σ2_s,all+σ2_n/N变为1/L（N为阵元数，L为目标数，σ2_s,w为弱目标能量，σ2_s,all为目标信号能量和，σ2_n背景噪声能量）；减小了不同强度目标子空间空间谱幅值差异，使强、弱目标空间谱幅度值比由原先的σ2_s,s/σ2_s,w近似变为1（σ2_s,s为强目标能量），改善了常规波束形成和常规子空间重构法对同一频带中不等强度未知目标的检测性能，并在同一波束图中，同时对不等强度未知目标实现有效检测。
2018 Vol. 37 (18): 209-215 [
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216
含单面限位局部非线性结构的主频响应分析
>孙樱1，万雨婷1，陈力奋1，郭其威2
对于含单面限位的大型局部非线性结构，其主频响应特性往往与限位的位置、大小和数量密切相关。研究含单面限位局部非线性结构的主频响应分析方法，采用非线性控制中的描述函数来表征单面限位非线性的频域特性；通过逆阵更新方法进行降维处理，极大地提高了频域响应的计算效率。搭建含单面限位约束的实验梁结构，在不同激励幅值和间隙大小情况下，测量约束梁结构的频响曲线。数值仿真与实验结果获得了较好的一致性，验证了所提出的局部非线性结构主频响应分析方法的有效性。
2018 Vol. 37 (18): 216-223 [
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224
摩擦系数对摩擦自激振动影响规律的数值分析
>钱韦吉，黄志强
摩擦系数的变化对摩擦自激振动的产生和发展具有非常重要的影响。然而，在试验过程中很难对接触面之间的摩擦系数进行精确控制。本文建立了金属往复滑动试验系统的有限元模型，对金属往复滑动过程中的摩擦自激振动现象进行了瞬时动态分析和复特征值分析，在分析过程中对接触面之间的摩擦系数进行了精确控制。时域分析结果显示，摩擦系数对摩擦自激振动的连续性和振幅有非常明显的影响，对摩擦自激振动的频率影响较小。模态分析结果表明，系统的振动模态随着摩擦系数的增大发生了明显变化。
2018 Vol. 37 (18): 224-230 [
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231
基于点云数据的声学边界元分析方法
>庄 超1,2，刘汉光1,2，康凯旋1,2，苏俊收1,2
以点云数据作为声学边界元分析的基础数据，把逆向工程与声学边界元数值计算相结合，将扫描获取的不规则的点云网格优化处理为形状规则、满足数值计算的网格单元模型，以用于声学数值计算，实现了CAD几何模型与CAE仿真分析的无缝衔接，提出基于点云数据的声学边界元分析方法；同时，给出了小型扫路机厢体声传播问题具体算例，与传统声学边界元仿真对比，得到了较高的吻合度，证明了该方法的有效性与可行性。
2018 Vol. 37 (18): 231-235 [
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236
集束式扩孔气动冲击器排屑性能的仿真研究
>徐海良，周永兴，徐 聪，赵宏强，徐绍军
为了研究集束式扩孔气动冲击器的排屑性能，建立了其排屑流场模型，运用计算流体力学理论和FLUENT仿真软件，对气固两相流场进行仿真计算，并进一步分析冲击器不同钻进速度和尾气质量流量对其排屑能力的影响，得到排屑流场气相特性规律，岩屑分布规律，不同钻进速度和入口气相质量流量下的颗粒浓度分布。研究结果表明：冲击器排气孔尾气进入排屑流场后流速降低，流场压力由入口到出口呈梯度分布且逐渐降低；岩屑颗粒向流场底部聚集，颗粒平均浓度沿着远离入口方向变化不大，最大浓度沿着远离入口方向逐渐下降，最终趋于平稳；施工时最大钻进速度应低于8.4m/h，增大尾气质量流量排屑能力增强。
2018 Vol. 37 (18): 236-242 [
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243
电磁激励下开关磁阻电机转子的弯曲振动分析
>王 峰1，2,吴志强1，2，李亚杰1，2
由于磁链的高度非线性，开关磁阻电机运转时会产生较大的转矩波动，在定子线圈换相时产生很大的径向力。径向力作用于电机转子产生弯曲振动，导致气隙与电磁力持续变化，转子的运动变得十分复杂。因此，磁固耦合情况下的电机转子动力学已成为当前的研究热点。本文利用转子单齿受力的经验公式，依线圈通电时序获得了转子所受电磁合力的表达式；采用有限元方法建立了电机转子的弯曲振动方程，通过坎贝尔图分析了不同轴承刚度下的转子临界转速；采用数值方法对转子的运动轨迹进行了分析，讨论了转速对转子最大位移的影响。结果表明在正常转速范围内转子中间节点最大位移不超过气隙尺寸，振动位移谱的能量分布与转速和转子低阶固有频率密切相关。该方法能快速掌握转子的运动规律，为开关磁阻电机设计提供动力学评价。
2018 Vol. 37 (18): 243-250 [
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251
基于激光摄像式传感器的轨底坡动态检测方法研究
>熊仕勇1 陈春俊1 王锋2 夏银2
动态检测轨底坡可高效指导铁路运营维护，合理设置坡角有利于保证钢轨轨头与车轮踏面的合理接触，延长钢轨的使用寿命。本文提出一种基于激光摄像技术，可在线、连续提取钢轨轮廓图像的轨底坡动态检测方法。考虑摄像机镜头畸变对钢轨轮廓图像的影响，建立了用于轨底坡动态检测的两个激光摄像式传感器空间姿态关系的非线性标定解算模型。利用kalman滤波算法的数据融合功能建立了对多传感器信号融合的状态空间模型，消除因车体振动对轨底坡计算结果的影响。最后选用GJ-2型轨道检测车进行实车试验，验证了轨底坡计算方法切实、可行，通过kalman滤波后的传感器数据能很好地对轨底坡坡角计算结果进行补偿。
2018 Vol. 37 (18): 251-256 [
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Timoshenko组合梁动力特性与瞬态响应的求积元分析
>李晓伟1，何光辉2
为了提高有限元法(FEM)在部分作用组合梁动力特性与瞬态响应分析中的计算效率，首先，该文通过微分求积法离散组合梁基本未知量及其导数，利用Timoshenko组合梁动力问题的虚功原理建立其自由振动与瞬态分析的微分求积元方程。其次，为了便于对比新建的求积元法(QEM)与FEM的计算效率，该文同时给出了抛物线插值位移法有限单元方程，在验证所建立的有限元与求积元算法正确性的基础上，对比了FEM与QEM在组合梁自由振动特征值分析与直接积分法地震时程分析中的计算效率对比。数值结果表明：QEM较FEM在组合梁固有频率分析中提速可达479倍，在地震时程分析中可提速42倍。
2018 Vol. 37 (18): 257-265 [
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266
含能射流冲击释能实验研究
>杜烨1 李强2
通过建立动态能量采集系统对含能射流的冲击释能特性进行了研究，得到了不同冲击条件下含能射流撞击靶板产生的超压—时间曲线，确定了反应产物成分。结果表明：随着受到的冲击能量增加，含能射流形成的超压峰值与能量释放呈递增趋势，同时存在一个冲击能量上限使得射流内含能材料的化学反应达到饱和。释能机制为含能材料受冲击加载后发生氧化反应和铝热反应并释放能量，形成超压。
2018 Vol. 37 (18): 266-270 [
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271
基于主成分分析和BP神经网络的钢丝绳断丝定量检测方法
>刘志怀1,2， 秦芳3， 刘娜4， 黄祖坤1， 刘学斌5
针对目前钢丝绳断丝定量检测中存在的问题，充分利用主成分分析与BP神经网络的优点，提出了基于主成分分析与BP神经网络相结合的钢丝绳断丝定量检测方法。采用主成分分析法对钢丝绳断丝信号的原始特征属性进行预处理，得到钢丝绳断丝信号主成分特征属性，并以此作为BP神经网络的输入，建立钢丝绳断丝信号主成分特征属性与断丝数目之间的关系，并对钢丝绳断丝数目进行预测。主成分分析方法减少了原始特征属性的维数，消除了属性之间的相关性。同时，主成分特征属性作为BP神经网络的输入，也简化了网络的结构。实例测试结果表明，基于主成分分析的神经网络钢丝绳断丝检测方法与常规BP神经网络方法相比，具有更高的检测精度和更少的计算量。
2018 Vol. 37 (18): 271-276 [
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