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2019年 38卷 2期
刊出日期：2019-01-15
论文
论文
1
基于JRD和CUSUM的滚动轴承性能退化状态识别与评估
>夏均忠，吕麒鹏，陈成法，刘鲲鹏，郑建波
退化特征提取是滚动轴承性能退化状态识别和评估的关键，JRD克服了传统特征无法准确反应轴承当前技术状态的不足，但在全寿命阶段上稳定性、单调性差，应用累积和（CUSUM）对其进行改进，从而准确识别和评估轴承性能退化状态。应用小波包变换对原始信号进行降噪；计算不同技术状态下信号的Renyi熵，并对比与标准状态的相似程度得出JRD值，作为滚动轴承退化状态特征；应用CUSUM增强JRD值对于寿命微弱变化的敏感性及轴承全寿命的单调性。通过试验验证，滚动轴承性能退化状态的识别率能达到100%，同时能够分阶段、单调性地评估轴承性能退化状态。
2019 Vol. 38 (2): 1-5 [
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6
核岛结构PCS水箱FSI效应简化方法研究
>李小军1 2, 宋辰宁,周国良3, 魏超3
高置冷却水箱是核电厂非能动安全壳冷却系统（PCS）的重要组成部分，在进行动力分析时，必须考虑冷却水与屏蔽厂房之间的流固耦合（FSI）效应。由于FSI效应问题复杂，数值分析耗时较长，因此，在研究核岛结构动力分析时，有必要采用简化方法，在满足计算精度要求的前提下，提高计算效率。基于Housner模型，提出一种考虑液体-水箱相互作用的简化模型。采用ADINA软件分别进行水箱FSI模型和简化模型的核岛结构三向地震反应分析，分析了FSI模型和简化模型结构反应的峰值加速度、楼层反应谱和有效应力相对误差。结果表明：提出的水箱简化模型可用于高置冷却水箱核岛结构三向地震反应分析，能够很好地模拟FSI效应。
2019 Vol. 38 (2): 6-12 [
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13
基于准零刚度理论的悬挂式单轨车辆二系悬挂系统研究
>陈志辉1， 2，翟婉明1，朱胜阳1，吕凯凯1
二系悬挂系统是保证悬挂式单轨车辆安全、平稳运行的重要部件之一。基于准零刚度及多体动力学理论，建立了二系悬挂装置具有准零刚度特性的悬挂式单轨车辆系统垂向模型，推导了悬挂式车辆垂向振动方程。在此基础上，开展了二系悬挂准零刚度系统与传统线性刚度系统隔振特性的对比研究。结果表明：通过既有垂向弹性元件并联斜置弹簧的方式，可实现悬挂式单轨转向架二系悬挂系统的准零刚度特性；相对传统线性刚度系统，二系悬挂准零刚度系统的车辆垂向动态响应在时域内明显降低，在频域范围内的低频段隔振效果良好。
2019 Vol. 38 (2): 13-17 [
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18
基于时序模型和自联想神经网络的齿轮故障程度评估
>张龙1,2,3, 成俊良2，杨世锡1,李兴林3
齿轮是机械传动系统中的重要零部件，在役齿轮故障程度评估是机械系统剩余寿命预测和状态维修的基础。目前广泛研究的基于概率相似度量的故障评估方法存在过早饱和等问题，不利于在线监测。本文提出一种基于自回归时序模型（Auto-regressive, AR）和自联想神经网络（Auto-associative neural network, AANN）的齿轮故障程度在线评估方法，其中AR模型用于齿轮振动信号特征提取，AANN用于故障程度评估。首先提取基准阶段（如无故障阶段）振动信号AR模型系数作为AANN的输入和输出向量，得到基准评估模型。将待评估信号AR系数构成的特征向量输入到基准AANN，得到重构AR系数。基于原始AR系数和重构AR系数组成两个自回归模型分别对待评估信号进行时序建模，分别得到各自的模型残差序列。基于残差序列之间的差异，提出了一种基于残差均方根差值的故障程度定量评估指标。离散故障程度的齿轮振动数据分析结果表明，本文方法能有效区分齿轮故障的不同程度；在此基础上利用齿轮全寿命周期实验数据进一步验证本方法的有效性，结果显示提出的方法能够及时发现肉眼没有观测到的早期故障，且随着齿轮性能的不断退化，能直观反映齿轮故障程度的加深。
2019 Vol. 38 (2): 18-24 [
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25
层叠P阶多项式主成分分析在轴承故障诊断中的应用
>牟 亮,王 凯,李 彦，於 辉
针对传统滚动轴承故障特征提取及识别高度依赖先验知识及专家经验，导致其故障诊断的人工成本高及分类精度不够高的问题，提出一种层叠P阶多项式主成分分析方法实现滚动轴承故障的精确诊断。首先，提出一种可适用于处理线性不可分数据的P阶多项式主成分分析法从滚动轴承的振动信号中自动学习去相关的低维特征；其次，构建了层叠P阶多项式主成分分析网络，从去相关的低维特征中进一步增强学习更具可分辨性的特征，并通过反向优化过程，确保学习的特征不失真；最后，采用K最近邻分类器对学习到的特征矢量进行分类，实现故障模式的辨识。通过滚动轴承故障数据库上的诊断实验验证了提出方法的可靠性和有效性。
2019 Vol. 38 (2): 25-32 [
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33
基于超越阈值模型的低矮房屋实测风压极值估计方法
>黄鹏 蓝鑫玥 钟奇
台风几乎每年都造成我国低矮房屋的巨大破坏和人员伤亡，了解屋面风压极值，尤其是屋面的角部、边缘及屋脊位置的风压极值分布具有重要意义。本文采用极值理论下的超越阈值模型来合理估计低矮房屋在台风影响下屋面实测风压极值。首先推导了描述经验平均超额分布与阈值关系的理论公式，同时以广义Pareto分布作为风压极值的拟合分布。然后，依托同济大学浦东风荷载实测基地，以低矮房屋在2016年台风”马勒卡”作用下屋面风压实测数据为样本，比较不同阈值对估计结果的影响。最后，以标准时距下多次观察极值的平均值作为标准极值，分析了本文方法和常用方法的极值估计结果与标准极值之间的误差，其结果表明，本文方法的误差在5%以内，尤其对屋面极值风压较大的区域估计结果较为理想。
2019 Vol. 38 (2): 33-40 [
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超高速撞击充气压力容器前壁穿孔实验及预报
>盖芳芳1，闫龙海1，高国付1，于月民1，唐玉玲2
针对球形弹丸超高撞击充气压力容器前壁损伤问题，采用实验与理论分析相结合的方法进行研究。首先采用二级轻气炮进行超高速撞击实验，获得了压力容器前壁损伤特性，实验结果表明：容器前壁损伤均为圆形穿孔，穿孔直径与弹丸撞击速度近似呈线性关系，并且容器内压对穿孔直径影响不大。然后，基于实验结果，考虑弹丸未破碎及破碎两种模式，将弹丸冲塞穿孔的能量等效为局部均布载荷对容器前壁的作用，建立了容器前壁穿孔预报模型，并通过与实验结果的比较验证了模型的有效性。
2019 Vol. 38 (2): 41-45 [
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46
不同初始应力及变形对梁自振频率的影响
>张家玮，孙琳，张香岩，张晨宇
应用Hamilton原理，建立了同时考虑初始荷载产生的弯曲和轴向变形影响时梁的控制微分方程，利用Galerkin方法推导出了考虑两种初始变形影响时简支梁自振频率的解析表达式，讨论了初始荷载大小、梁自身刚度及约束情况等不同参数对这两种初始变形对梁动力反应影响的敏感度，采用产生相同变形能的方式，定量地比较了各种边界条件下两种初始变形对梁自振频率的影响。
2019 Vol. 38 (2): 46-51 [
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52
基于多层次修正的纤维增强复合薄壳动刚度预测
>李晖1,2，周正学1,2，薛鹏程1,2，韩清凯1,2
本文采用多层次修正技术对纤维增强复合薄壳的动刚度进行分析与预测。首先，用正弦半波信号来近似模拟脉冲激励信号，并基于Love壳体理论、能量法、哈密顿原理等方法，实现了该类型复合薄壳的动刚度求解。接着，利用多层次修正技术和测试获得的实验数据，对理论模型中复合薄壳的长度、半径、厚度、弹性模量、泊松比及模态阻尼比等参数进行修正，进而获得了较为精准的理论模型。最后，以T300碳纤维/树脂基复合薄壳为例，搭建了振动测试系统，通过力锤施加脉冲信号，并采用激光速度传感器测试了三个响应测点的动刚度，并与相应的预测结果进行了比较。结果表明，动刚度理论预测的误差最大不超过12.2%，处于误差允许的范围内，进而验证了所提出的动刚度预测方法的正确性。
2019 Vol. 38 (2): 52-58 [
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59
地震作用下回填砂地基沉入式钢圆筒防波堤变形机理分析
>冯国俊1，2，宋波 1，2，王荣2，3
为分析沉入式钢圆筒防波堤变形机理，通过振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基沉入式钢圆筒防波堤的动力响应影响。研究结果表明当地震波加速度峰值为3.2 m/s2时防波堤筒外回填砂产生明显的液化滑移现象，且由于液化导致筒外回填砂对防波堤的侧向力改变，防波堤试验模型发生倾斜现象，建议优先对筒外回填砂进行改良；通过数值模拟对防波堤抗震性能设计极限值进行分析，当设计地震动为3.2 m/s2时，由于钢圆筒屈服强度高，钢圆筒处于弹性阶段，损伤程度主要由水平残余位移决定。通过数值模拟研究了钢圆筒应力影响规律，发现了防波堤钢圆筒的薄弱环节，可为工程设计提供参考依据。
2019 Vol. 38 (2): 59-66 [
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67
考虑弯扭耦合运动的旋转带冠叶片非线性气动弹性分析
>麻岳敏1,2，曹树谦1,2,3，郭虎伦1,2
本文针对旋转叶片的气动弹性问题，将带叶冠的叶片简化为末端加质量块的均质悬臂梁。悬臂梁受到离心力和气动力作用，发生弯曲和扭转耦合振动变形。利用Hamilton原理建立了叶片的偏微分运动方程。对方程无量纲化，运用Galerkin方法对其离散，得到两自由度的非线性常微分方程。通过数值求解叶片颤振速度和极限环响应，并用谐波平衡法求解极限环响应与数值解进行对比。最后，讨论了结构参数对颤振速度和极限环响应幅值的影响。
2019 Vol. 38 (2): 67-74 [
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75
微型谐振气体传感器多场耦合非线性振动特性分析
>付晓瑞，党亚辉，许立忠
随着谐振子尺寸的不断减小，分子力等因素的影响越来越显著，微型谐振气体传感器的谐振子实际上处于多场耦合的工作环境中。本文考虑分子力、热应力和吸附气体浓度的影响，建立了谐振子的多场耦合动力学方程，利用多尺度法求出谐振子固有频率和瞬时频率，研究了谐振子固有频率随分子力、吸附气体浓度以及温度的变化规律，分析了系统参数对时域动态响应的影响。利用制造出的微型谐振气体传感器及测试系统，进行了扫频实验，得到微传感器的固有频率，与分析结果接近，验证了理论分析的正确性。研究结果对于传感器进一步微型化具有指导意义
2019 Vol. 38 (2): 75-81 [
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82
基于Warshall-Floyd算法的船舶结构噪声传递路径研究
>向育佳，季振林，赵欣棠
结构振动是船舶主要的噪声源，传统测试方法难以有效分析结构噪声的传递路径。本文根据统计能量分析（SEA）理论中的振动子系统概念，利用赋权图方法分析结构噪声的传递规律。将相似模态群抽象成赋权图的顶点，结合能量平衡方程中SEA矩阵建立顶点之间的邻接关系，采用路径效率方法（Path efficiency method）和统计熵方法（Statistical entropy method）两种分析方法，将物理模型转化为最短路径问题（Shortest path problem）的权值矩阵。通过Warshall-Floyd最短路径算法找出权值矩阵中任意两个顶点之间的前N条最短路径，得出任意空间位置的结构噪声源到目标舱室的前N条主要传递路径，对比能量传递路径在不同频带和不同振动模态群的差异，并分析各主要路径在能量传递过程中的权重，揭示船舶结构噪声源传递的一般规律，为降低船舶结构噪声提供指导。
2019 Vol. 38 (2): 82-89 [
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90
波纹夹层板冲击响应理论计算方法研究
>刘昆1,2，王哲1，王自力1,2
以波纹夹层板为研究对象，对其在空爆冲击载荷作用下的结构响应进行分析，建立相关塑性变形理论预报方法。以两种典型波纹夹层板结构为分析对象，采用理论及仿真方法计算了冲击载荷下结构的最大塑性变形，两者计算结果具有较好的一致性，验证了该理论分析方法的可靠性。在此基础上，选取波纹夹层板典型剖面，分析理论计算方法与数值仿真分析方法所得变形模式的异同，进一步验证完善解析计算方法。论文研究成果可以为波纹夹层板的参数化设计和抗冲击性能分析评估提供参考。
2019 Vol. 38 (2): 90-97 [
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98
热防护系统单自由度动态特性理论模型
>黄杰1，姚卫星1,2，单先阳3
本文针对防热瓦的加速度响应以及应变隔离垫(SIP)的动强度问题，提出了热防护系统(TPS)随机振动单自由度动态特性理论模型，并且考虑了SIP的线性刚度和非线性刚度；推导了线性理论模型的解，并且研究了非线性理论模型的迭代求解流程；将有限元分析结果与线性理论解进行了对比，验证了线性理论模型的合理性。对比了非线性理论模型与线性理论模型的解，结果表明：SIP非线性刚度对动态响应具有重要影响，且SIP等效线性刚度系数与激励的类型有关；最后研究了外载荷大小对非线性理论模型的等效线性刚度系数和系统响应的影响规律，结果表明载荷大小的增加会导致系统等效线性刚度的增加，并且响应也随之提高。本文的研究工作为防热瓦的加速度响应、SIP的动强度和TPS动态完整性分析提供了理论依据。
2019 Vol. 38 (2): 98-104 [
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105
振动时效对铝板表面应力松弛均匀性的实验设计与分析
>廖凯1，朱家豪1，余田1，陈辉1，钟利萍1，龚海2
通过对7075铝板进行振动时效（VSR）实验研究，观察其对材料表面应力松弛的影响。采用振动模态仿真和X-ray应力测试，对材料表面应力分布、应力释放状况及其均匀化应对策略进行实验分析。结果显示：VSR在振动台第5阶固有频率亚共振区开始，对试样造成表面应力松弛，在距离振幅最小的节线远端，应力释放率最大达到18.7%，而靠近节线处，应力松弛效果减弱，只有4.1%，说明振动时效下材料表面应力松弛出现不均匀。根据平台振型弯曲变形特点，本文提出位置交叉时效方法，以促使激振能均匀分配于材料表面。实验结果表明，铝板表面应力松弛波动由原来的14.6%降到了6.5%，应力分布不均匀得到明显改善，验证了位置交叉VSR方法的可行性，对VSR解决轻质结构零件应力均化问题具有参考作用。
2019 Vol. 38 (2): 105-109 [
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110
超声导波针对均匀腐蚀的无基准评定方法
>张耀烨，李冬生，周智
考虑了源于时频分析的固有不确定性对测量精度的影响，运用超声导波对加速腐蚀试验条件下的钢丝剩余直径量进行了无基准评定。首先，选择了导波针对均匀腐蚀程度具有较高分辨率的频率段，并利用局部的频散关系建立了一个基于二元显式测量函数的近似直径表达式，以避免后续对复杂Pochhammer方程的多次求解；其次，对接收信号进行小波相关性分析，并推导了基于复Morlet小波的时间-频率不确定度定量表达式；最后，将基于GUM法与自适应MCM求解所获取的直径评定结果进行了对比验证，证明了运用GUM法可更为高效地评定构件的均匀腐蚀状态。
2019 Vol. 38 (2): 110-115 [
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116
基于量子Hadamard变换的滚动轴承振动信号分析方法
>王怀光1，陈彦龙2，杨望灿1，王强1
针对传统的滚动轴承振动信号分析方法在对信号降噪过程中容易产生的噪声信号与非噪声信号混杂的问题，提出一种基于量子Hadamard变换的信号分析方法。该方法通过将单个采样点信号量子化，深入分析每一个采样点内部信息，实现信号降噪的同时，完成对振动信号故障信息的突出表达，改善了振动信号的分析效果。实验结果表明，与传统的基于数学形态学的分析方法相比，基于量子Hadamard变换的分析方法能够有效提升滚动轴承信号的降噪效果，故障特征信号得到有效凸显。
2019 Vol. 38 (2): 116-122 [
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123
复杂屋盖结构表面风压的非高斯特性研究
>夏俞超，陈水福
对一具有复杂曲面形状的开敞式大跨屋盖结构进行了风洞模型测压试验，对获得的屋面平均风压系数、脉动风压系数及其偏度和峰度值进行了计算和分析；提出并运用三种概率分布混合模型：对数正态分布和Weibull分布组合（LW）、双对数正态分布组合（LL）、双Weibull分布组合（WW）模型，对屋盖的非高斯风压分布特性进行了拟合和计算。结果显示，这类复杂屋盖除了在迎风屋檐、角区等出现吸力极大值外，还会在跨中凸起区域产生依次排列的多个极值区，这主要与复杂曲面所引起的气流多次分离与再附着有关；屋盖不同部位的风压呈现不同程度的非高斯特性，其中气流分离区的风压非高斯特性比较显著；三种概率分布混合模型对屋盖风压系数概率分布的拟合效果有所差别，其中LW混合模型的拟合效果最佳，适用于不同偏度的风压分布情况。
2019 Vol. 38 (2): 123-130 [
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131
地下洞室爆破开挖诱发围岩损伤特性及PPV阈值研究
>杨建华，吴泽南，姚池，蒋水华
地下洞室爆破开挖产生的围岩损伤主要由爆破荷载和地应力重分布共同作用引起。针对圆形隧洞全断面毫秒延迟爆破开挖过程，采用LS-DYNA有限元数值模拟研究了不同地应力水平下爆破开挖诱发围岩损伤的机理及爆破损伤PPV阈值变化规律。研究表明，地应力对爆破荷载产生的张拉损伤起抑制作用，高地应力条件下，爆破荷载产生的岩体损伤仅限于围岩表层，地应力重分布引起的岩体压剪破坏是围岩中大范围损伤区形成的主要原因；爆破过程中开挖面上地应力瞬态释放所产生的附加动应力也是影响围岩损伤的重要因素，相比于准静态卸荷，地应力瞬态卸荷产生的围岩损伤范围更大；随着地应力水平的提高，岩体爆破损伤的PPV阈值呈先增大后减小的变化趋势，地下洞室爆破安全振动控制标准应考虑地应力状态的影响。
2019 Vol. 38 (2): 131-139 [
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140
基于灰度图像纹理分析的柴油机失火故障特征提取
>刘鑫1，贾云献1，苏小波1,2，邹效3
柴油机失火是其常见的故障模式，传统的诊断方法不仅参数获取困难且原始信号易受噪声污染导致准确性较差。针对此问题，提出了一种基于灰度图像纹理分析的二维故障特征提取模型，可以有效的降低噪声污染，简化计算过程。首先，将时域振动信号转化为灰度图，然后通过局部二值模式对灰度图进行局部纹理分析，提取其局部特征，最后通过二维傅立叶变换识别灰度图的特征频率，达到降噪及识别特征频率的目的。以三缸四冲程柴油机为研究对象，设计了柴油机失火故障的预置试验，采集排气噪声和缸盖振动信号对提出的方法进行验证。结果表明，该方法能有效降低信号噪声，识别柴油机的故障特征。
2019 Vol. 38 (2): 140-145 [
摘要
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146
一种基于多点峭度谱和最大相关峭度解卷积的滚动轴承故障诊断方法
>刘文朋1，廖英英2，杨绍普1，刘永强1，顾晓辉1
针对最大相关峭度解卷积(MCKD)方法需要预知准确的滚动轴承故障特征周期的不足，提出一种多点峭度谱(Mkurt spectrum)和MCKD相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先利用多点峭度谱对采样信号进行处理，通过比较不同周期下解卷积结果输出的信号的多点峭度谱，对预先估计的故障特征周期进行修正，再将优化得到的故障周期的精确取值输入到MCKD算法中，增强原信号中周期性故障冲击特征，最后通过包络解调来诊断故障类型。通过对仿真信号、6205轴承外圈故障和铁路货车轮对轴承复合故障的试验信号的分析表明：即使在未知准确转速的条件下，该方法依然可以有效的实现滚动轴承的故障诊断，具有较高的工程应用价值。
2019 Vol. 38 (2): 146-151 [
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152
考虑非线性电磁分布力的虚拟电动振动系统建模
>左曙光，黄荣奎，冯朝阳，吴承喜
针对振动台进行汽车零部件等振动试验存在试验周期长，成本高等问题，采用有限元方法构建了一套虚拟电动振动系统。建立了电磁系统以及动圈的有限元模型，实现了从动圈电流输入到振动台台面加速度输出的全过程虚拟仿真。对动圈所受的电磁驱动力进行理论分析与有限元仿真发现，它在空间上是非均匀分布的，而且力的大小和运动位置有关，呈现出明显的非线性规律。最后，利用该虚拟振动系统进行实例仿真，仿真表明，在动圈的运动过程中，其所受电磁驱动力的非线性会引起台面加速度输出信号的谐波失真问题。相对于线性电磁模型，该虚拟振动系统提供了更真实的振动环境。
2019 Vol. 38 (2): 152-158 [
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159
基于MCKD和增强倒频谱的直升机自动倾斜器滚动轴承故障诊断方法
>孙伟，李新民，金小强，黄建萍，张先辉
针对直升机自动倾斜器滚动轴承转速低，其早期故障特征信号易被噪声淹没的问题，提出了基于最大相关峭度解卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution , 简称MCKD）和增强倒频谱分析的直升机自动倾斜器滚动轴承故障诊断方法。该方法首先利用MCKD方法对故障信号进行降噪处理，然后采用自相关方法和广义Shannon熵对倒频谱分析进行改进，得到增强倒频谱，提取故障特征频率。实验研究表明，所提出的方法能精确地诊断自动倾斜器滚动轴承内圈、外圈和滚珠故障，且优于传统的倒频谱分析，可以预防重大故障发生。
2019 Vol. 38 (2): 159-163 [
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164
二自由度振子型的二维LR声子晶体弯曲振动带隙研究
>吴旭东，张茗海，左曙光，黄海东
为了抑制板件的低频振动，本文提出了一种由二自由度振子周期性排列的二维LR (Locally Resonant) 声子晶体，实现了低频范围内的双带隙。首先运用平面波展开法计算了该声子晶体结构的带隙特性，并通过有限元法和样件试验得到的振动传递特性验证了带隙计算结果的准确性。通过对含二自由度振子的元胞模态振型计算，进一步揭示了该结构低频双带隙的产生机理；振子的平动和转动的两种振型相互耦合作用可以形成两个低频弯曲波带隙，并根据简化模型推导出双带隙起始和截止频率计算方法；最后分析了弹簧刚度、弹簧距离、振子质量和转动惯量对双带隙的影响。结果表明，通过合理选择设计参数可以获得低频范围内的双带隙特性，为声子晶体在汽车板件多频减振的应用研究上提供了新的方法。
2019 Vol. 38 (2): 164-171 [
摘要
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172
基于密度峰值聚类算法的模态参数识别
>王飞宇1，胡志祥1，黄潇2
稀疏成分分析是解决欠定盲源分离问题的一种有效方法，其主要分为两步：计算振型矩阵和重构单模态信号。在计算振型矩阵时，针对无法预知源信号数量和高阶振动模态混叠的问题，本文利用一种基于密度峰值聚类算法识别模态振型。相比于传统的聚类算法，该方法具有以下特点：1利用决策图直观地选出聚类中心和聚类数目；2算法可以自动分离噪声点，对噪声不敏感。在重构单模态信号时，利用可以快速重构稀疏信号的SL-0算法，重构出单模态时频域信号，提取出各阶模态频率。最后，通过振动结构仿真算例验证了该方法的有效性。
2019 Vol. 38 (2): 172-178 [
摘要
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179
不同张口位移速率下带裂缝混凝土轴拉试验研究
>胡钰泉1，胡少伟1,2，黄逸群1，明攀2
为了解混凝土在动荷载作用下的力学特性，对带裂缝混凝土开展了张口位移速率10-5 /s～10-2 /s范围内的轴向拉伸断裂试验，详细研究了张口位移速率对混凝土断面特征、轴向拉伸强度、断裂韧度、弹性模量及临界位移的影响。结果表明，随着张口位移速率的增加，混凝土的断面趋于光滑；混凝土的动态轴向拉伸强度、断裂韧度、弹性模量增长因子与动态张口位移速率比值的对数呈线性增长关系；混凝土临界位移保持常量，与张口位移速率无关；同时认为通过控制张口位移的加载方式，易于得到混凝土轴向拉伸P-CMOD全曲线。
2019 Vol. 38 (2): 179-183 [
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184
风速对水线及斜拉索振动的影响
>王剑1，毕继红2，何旭辉3，关健2，乔浩玥2
斜拉桥拉索的风雨激振是特定风速及降雨条件下的低频、大幅度振动，为研究风速对斜拉索风雨激振的影响，本文将两自由度滑移理论模型与Comsol软件相结合，大幅提高了计算效率，通过数值计算得到了不同风速下的水线运动规律、拉索气动力变化规律及其振动响应。结果表明：斜拉索发生风雨激振时，横风向振幅约为顺风向振幅的两倍；只有当风速处于特定风速范围内时，斜拉索才会发生明显的风雨激振现象，此时上水线振荡频率及气动力变化频率均接近拉索自振频率，水线与拉索间的共振是风雨激振的主要原因之一。
2019 Vol. 38 (2): 184-191 [
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192
一种基于R型因子分析和概率神经网络的冲击地压危险性等级评价模型
>王佳信1，周宗红1，李克钢1，王海泉2，付自国1，李晓飞1
冲击地压是煤矿生产活动中常见的一种动力灾害，其危险性等级评价是冲击地压防治工作中施行解危措施的前提和基础。文章综合考虑冲击地压发生的地质条件和开采技术条件，选取煤层厚度、倾角、埋深、地质构造情况、煤层倾角变化、厚度变化、瓦斯浓度、顶板管理、采前卸压情况和响煤炮声等10个影响因素作为冲击地压危险性等级评价指标，但指标间或多或少存在一定的相关性，导致指标信息重叠。为了提高冲击地压危险性等级预测精度，文章借签一种R型因子分析对冲击地压10个指标进行降维处理，提取5个主因子作为新的评价指标。在R型因子分析的基础上，建立重庆砚石台煤矿冲击地压危险性等级评价的PNN模型，仿真结果表明：5种不同的训练和测试下PNN模型仍具有良好的评价效果，其正判率分别为94.29%、88.57%、88.57%、85.71%和82.86%，同时验证R型因子分析对冲击地压危险性等级评价结果。说明R型因子分析与PNN模型结合可为煤矿开采中冲击地压危险性等级评价提供一种思路。
2019 Vol. 38 (2): 192-203 [
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204
基于超球优化支持向量数据描述的滚动轴承故障检测
>林桐1，陈果1，滕春禹2，王云2，欧阳文理2
在仅有轴承正常运行数据的小样本情况下，支持向量数据描述(Support vector domain description, SVDD)能通过对多维特征的融合实现滚动轴承的故障检测与状态评估，但特征向量空间分布的复杂程度会直接影响SVDD的效果。为此，提出了一种基于超球优化支持向量数据描述的滚动轴承故障检测方法，通过超球优化改善特征向量的空间分布以降低数据描述任务的难度，进而使得超球优化SVDD能更有效地识别出滚动轴承故障。多组试验表明：在不同转速、不同测点、不同类型的滚动轴承故障下，超球优化SVDD比传统的SVDD方法效果更优。
2019 Vol. 38 (2): 204-210 [
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211
隧道穿越防护通道受不同钻爆方式作用下岩体动态回应分析
>赵立财，余建星
本文以石景山铁路隧道近距离下穿人防通道为例，应用hypermesh联合ansys16.0/ls-dyna进行隧道爆破仿真模拟，采用流固耦合的模拟方法，建立直孔延时起爆，直孔同时起爆以及斜孔延时起爆三种不同爆破方式的本构模型，对直孔延时起爆方式与实测振动波形、质点数值模拟振动波形叠加对比，验证仿真的有效性；根据岩石非对称中心回应变化规律，研究三种不同爆破方式下引起的防护通道P1、P2两点的振动速度、加速度振动衰减规律，将实测振动与模拟振动波形、振动速度、加速度时程曲线以及峰值对比，以获得引起防护通道振动回应最小的最优掏槽孔爆破方式，为铁路隧道下穿既有结构物的支护结构设计、爆破参数及开挖方法设计、隧道规范的修订提供了有利依据。
2019 Vol. 38 (2): 211-218 [
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219
基于叠加法消除CMUT测量拖尾的研究
>郑冠儒, 张慧, 李志, 曾周末
介绍了一种针对空气耦合电容式微加工超声传感器（CMUT）近场盲区的消除方法。从CMUT传感器本身的工作原理出发，通过计算CMUT传感器的集中等效参数建立了CMUT的弹簧-质量-阻尼等效模型，根据此模型分析了CMUT传感器拖尾信号产生的原因、激励脉冲宽度与拖尾信号的长度和能量的关系等；设计了反相叠加激励信号，证明了叠加法对消除CMUT拖尾信号的有效性；设计了由FPGA、信号驱动电路、信号提取电路、信号采集卡构成的测试系统；实验测试显示，该方法可以有效地改善CMUT传感器的盲区范围。
2019 Vol. 38 (2): 219-225 [
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226
一种基于关联熵融合与改进回声状态网络的故障预测方法
>王浩天1,2，段修生3，单甘霖2，孙健4，邱锦涛1
针对液压泵退化特征维数高、预测效果不佳的问题，本文提出了一种基于关联熵融合与改进ESN的故障预测方法。首先，以关联熵为基础，构建特征层级融合算法，以充分利用所提取的退化特征信息，在提高特征简洁度的基础上，进一步改善预测特征性能；在此基础上，对ESN储备池结构进行优化，重新定义邻接矩阵元素取值，建立改进的ESN预测模型，以改善网络的泛化能力，提高预测精度。最后，通过对液压泵性能退化试验的应用分析，验证了该方法的有效性。
2019 Vol. 38 (2): 226-233 [
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234
隔震结构系统线性粘弹性液体阻尼器非平稳响应分析法
>李创第，柏大炼，葛新广，刘鹏
为建立线性粘弹性阻尼器抗震动力可靠度分析法和基于反应谱的模态叠加抗震设计法，对隔震系统线性粘弹性液体阻尼器时域瞬态响应的模态叠加解析解和非平稳随机地震响应分析法进行了系统研究。首先，采用最一般的线性粘弹性阻尼器的积分型分析模型，用非对称微分积分方程组实现设置线性粘弹性液体阻尼器的隔震结构系统的时域非扩阶建模；然后，采用传递矩阵法，直接获得隔震结构系统及其一般线性粘弹性液体阻尼器在任意激励和非零初始条件下时域瞬态响应的非扩阶模态叠加解析解；最后，应用此解析解和快速虚拟激励法，建立隔震系统及其线性粘弹性液体阻尼器在均匀与非均匀调幅滤过白噪声非平稳地震激励下的非平稳响应分析法。所获得的时域瞬态响应解析解以及所建立的一般非平稳随机地震响应分析法，将为建立整体隔震系统各构件抗震动力可靠度和基于反应谱的模态叠加抗震设计法提供分析路径。
2019 Vol. 38 (2): 234-246 [
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247
考虑连杆惯性参数的三缸发动机激励建模与分析
>左曙光1，王珺1，周大为1，阎礁2，安一领2，吴旭东1
针对传统曲柄滑块简化方法无法准确计算三缸发动机振动激励的问题，提出了一种新的三缸发动机激励建模计算方法。首先，考虑了连杆等部件的惯性参数，基于拉格朗日乘子法推导了三缸发动机振动激励的理论表达式，并代入了实车数据，计算了其激励后发现：三缸发动机在三个方向上都存在数量级相当的不平衡惯性力矩，而传统简化方法不会出现绕z轴的激励。然后建立了考虑液压悬置频变特性的动力总成悬置系统仿真模型，分别将本文方法和传统简化方法计算出的激励施加于仿真模型，计算了各悬置点的振动加速度响应。最后，为间接验证激励计算准确性，进行了某三缸发动机样车怠速振动实验，测量了各悬置点振动加速度响应，与仿真值进行了对比，结果表明，考虑连杆等部件的惯性参数后，可得到更为准确的三缸发动机激励，可应用于计算精度要求较高的场合。
2019 Vol. 38 (2): 247-252 [
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253
柔性机构时变可靠性分析的时变随机响应面法
>阚琳洁,2， 张建国1,2，邱继伟1,2
针对柔性机构极限状态函数的时变、非线性和隐式问题，提出了柔性机构时变可靠性分析的一种新响应面法——时变随机响应面法。首先，将模态综合法与广义混沌多项式方法相结合，建立时变随机响应面，用以描述在随机参数和刚柔耦合影响下，系统响应随时间变化的规律，并得到系统响应的统计特征。与仅用混沌多项式拟合系统响应相比，提高了计算效率。其次，建立系统运动可靠性的时变可靠性模型，给出了时变可靠度的蒙特卡罗计算方法。最后，以两连杆柔性机械臂为例，对方法的有效性进行了验证，结果与蒙特卡罗法相比，具有较高的计算精度。
2019 Vol. 38 (2): 253-258 [
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259
基于几何滤波效应的高速列车牵引变压器悬挂参数设计
>贺小龙1,2，张立民2，鲁连涛2，罗天洪1
为了对高速列车牵引变压器悬挂参数进行设计，本文提出了一种基于几何滤波效应的变压器悬挂参数设计思路。首先建立了车辆-变压器耦合系统模型，推导了车辆振动响应功率谱密度函数，并从轨道不平顺激励函数、车辆设备耦合系统频响函数、车辆系统振动响应谱密度函数的角度出发探讨了滤波效应对车辆系统振动特性的影响，最后通过将变压器悬挂频率设计为滤波频率来衰减车体的弹性振动。研究结果表明：在低频范围车体极易因为轨道低频激励能量过大引起车体产生强迫振动；两种典型速度下，车体的低阶垂弯模态与轮轨激励共同作用导致车体产生较大振动幅值；车体的高阶垂弯模态因为滤波效应或者激励能量过低导致车体在高阶垂弯模态频率处振幅较小；对于设计时速250km/h的高速列车，其变压器悬挂频率设计为9.8Hz能显著衰减车体的弹性振动。本文的研究结果可以为高速列车车下设备悬挂参数设计提供指导意义。
2019 Vol. 38 (2): 259-264 [
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265
一种新的考虑接触角的弓网接触模型
>周宁1，蔚超1，邹欢1，邹栋1，张卫华1，赵晨2
通过考虑弓网滑动接触过程中实际存在的接触角的影响，对Lankarani提出的赫兹接触模型进行修正，提出了一种新的弓网接触模型，并与传统接触模型和Lankarani赫兹接触模型进行对比，辨识了不同接触模型对弓网系统动力学性能的影响。结果表明：与经典接触模型相比，赫兹接触模型考虑了弓网间阻尼的影响，使得后者较前者在高速条件下接触力变化更为平缓；新接触模型与Lankarani接触模型相比，在高速条件下接触力变化更为剧烈，特别是在定位器附近；在高速条件下，弓网间阻尼以及接触角对接触力的影响不可忽略，采用新提出的接触模型进行弓网动力学仿真更为合理。
2019 Vol. 38 (2): 265-270 [
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