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2019年 38卷 4期
刊出日期：2019-02-15
论文
论文
1
外转子支点不同心的双转子系统振动特性
>徐梅鹏1，侯磊1, 2，李洪亮1，陈予恕1
根据航空发动机双转子的结构特点建立双转子系统模型及振动方程。将外转子支点不同心的影响转化为支承上的等效不同心弯矩，并通过力矩分解处理得到系统的振动方程。 利用求解效率较高的二维谐波平衡法进行求解，并采用Runge-Kutta 法验证其求解精度。 研究结果表明，外转子支点不同心使系统的幅频响应产生新的共振区，在该共振区内系统的振动响应中包含2倍频成分；随着不同心偏差量的增大，2倍频响应成分愈加明显，并逐渐成为系统振动响应的主导频率。此外，转子轴心轨迹形状改变显著。研究成果可作为不同心故障的动力学特征和诊断依据。
2019 Vol. 38 (4): 1-6 [
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7
船-冰碰撞载荷时间历程的模型试验研究
>黄 焱，马高强，孙剑桥
船-冰碰撞载荷是极地船舶船体外板结构强度的设计载荷，但目前的极地船级规范中尚未涉及船-冰碰撞载荷的时变特征。以我国新一代极地科考船为原型开展室内冰水池物理模型试验，对船首与浮冰的碰撞过程进行模拟；试验测试以主拖车拖曳船模撞击浮冰的方式进行，碰撞过程中船体所受冰载荷由布置在船首表面的触觉传感器测得。试验发现，船-冰碰撞过程中的整体冰载荷沿船体外板的作用呈现出近抛物线的轨迹，同时，载荷经历了先上升、后下降的完整过程，最大载荷作用时刻出现在冰体最大下压弯曲变形时刻。此外，最大载荷出现的水平位置集中在1/4船宽附近，相应局部碰撞载荷的时程曲线特征以‘单峰’型形态为主。
2019 Vol. 38 (4): 7-14 [
摘要
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15
单位冲激抽样序列频谱与傅里叶级数收敛性分析
>杜峰 1，唐岚 2
由傅里叶变换的时移和频移特性，单位冲激抽样序列有两种频谱函数：周期型频谱和级数型频谱，其中周期型频谱函数的推导并不严谨，缺少傅里叶级数收敛性分析。对此，论文提出通过证明两频谱函数等价来验证周期冲激信号傅里叶级数的收敛性。根据脉冲函数定义，运用极限和积分思想，利用抽样函数性质，证明了级数型频谱函数本质是强度和周期均为圆频率的频域冲激序列，验证了冲激抽样序列傅里叶级数的收敛性，周期型频谱函数的傅里叶级数与级数型频谱函数的分析也再次验证了级数的收敛性，但不能验证冲激点不存在吉布斯现象的观点。
2019 Vol. 38 (4): 15-19 [
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20
含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器的参数优化
>郝岩,申永军，杨绍普,邢海军
将黏弹性材料模型中的Maxwell模型引入到吸振系统中，形成一种含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器，并对该模型的参数进行优化。首先，建立系统的运动微分方程，得到系统的解析解。然后，利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度，求出系统的最优频率比和最优负刚度比，并根据H∞优化准则得到系统的最优阻尼比。最后，分别在简谐激励和随机激励条件下，与几种经典动力吸振器模型对比证明了含负刚度的Maxwell模型动力吸振器有较好的吸振效果。
2019 Vol. 38 (4): 20-25 [
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26
基于改进信息图与MOMEDA的滚动轴承故障特征提取
>夏均忠，于明奇，白云川，刘鲲鹏，吕麒鹏
为解决最大相关峭度解卷积存在的故障周期需要预先设置等问题，提出多点优化最小熵解卷积修正（Multipoint Optimal Minimum Entropy Deconvolution Adjusted, MOMEDA）用于增强轴承故障信号，并应用改进信息图降低噪声对其多点峭度谱的干扰。首先，通过引入轴承故障与正常状态下谱负熵的比值关系，优化信息图中平均谱负熵算法，提出基于滤波器组的改进信息图方法；其次，构建带通滤波器进行滤波降噪，并通过MOMEDA多点峭度谱识别故障周期；最后，应用MOMEDA增强滤波信号中的故障周期性脉冲成分，并通过平方包络谱提取微弱故障特征。试验表明，较之信息图等方法，改进信息图的降噪效果较为突出，可有效提高故障周期的识别度，实现MOMEDA自适应增强故障信号。
2019 Vol. 38 (4): 26-32 [
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33
基于频响函数综合的推进轴系动力学建模与支撑结构参数优化分析
>黄修长 1，2，3,苏智伟 1，倪臻 1，张振果 1，华宏星 1，2，3
针对船舶推进轴系提出了一种基于频响函数综合的子结构方法，考虑了轴承液膜交叉刚度的影响、螺旋桨和推进电机同时激励的工况，分析了在螺旋桨和推进电机激励下的振动响应特性。该方法将耦合系统划分为螺旋桨-轴系、轴承、高弹、推进电机、隔振器和船体子结构，通过二次频响函数综合建立了耦合系统的频响函数表达式。利用该建模方法和灵敏度分析建立了以均方传递力、传递功率流为优化目标的优化模型，针对轴承、隔振器和高弹的刚度参数进行优化。结果表明，基于频响函数综合的子结构建模和优化方法效率高，适合于对支撑结构刚度参数进行优化。对一模型的匹配优化结果表明，轴承和隔振器刚度减小、高弹性联轴器的刚度增加对减小振动传递有利。
2019 Vol. 38 (4): 33-39 [
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40
变速运动可压缩夹层梁稳定性的直接多尺度分析
>颜婷1，杨天智1,2,丁虎1，陈立群1,3
与传统的不可压缩夹层梁不同，研究了一种可压缩的复合材料夹心梁的运动稳定性。将直接多尺度法应用于轴向速度带有脉动特性的运动梁的分析过程，得到系统的固有频率，并导出次谐波共振和组合共振的可解性条件，并由此得到共振的稳定性边界。给出的数值算例说明了梁平均速度以及梁弹性模量与剪切模量的比值对稳定性边界的影响，并在此基础上比较了可压缩夹层梁与普通不可压缩梁的区别。
2019 Vol. 38 (4): 40-44 [
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45
基于二阶摄动的水电机组振动传导研究
>职保平12，王宇12，秦净净12，于洋2，张宏战3
在处理参数结构动力响应问题时，现有的分析方法大多局限于一阶分析方法，若参数的不确定量稍大，如油膜等参数，采用一阶分析方法分析可能会失效。本文在一阶摄动方法的基础上，推导了以二阶偏导计算为基础的二阶摄动分析方法，能够计算频域内结构的振动传递效率，并通过简单算例、水电机组竖向振动传导分析算例验证了方法的可行性，但二阶摄动法在水电机组振动分析时，特别是在固有频率处，存在误差放大的问题。本文明确了二阶摄动法在水电机组振动传导研究的适用性，即仅适用于非固有频率处的大扰动项分析，为进一步的研究复杂结构的传导路径提供基础。
2019 Vol. 38 (4): 45-49 [
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50
基于HJI理论的无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制
>孙宇新，唐敬伟，朱熀秋，施凯
为了实现对无轴承异步电机悬浮系统动态解耦控制，提出一种基于HJI（Hamilton-Jaeobi-Issaes）理论无轴承异步电机悬浮系统滑模鲁棒控制方法。在悬浮系统建模时，将系统不确定性以及外界扰动考虑其中，并通过设计合适的滑模控制律满足HJI不等式鲁棒条件来确保控制系统的稳定性。最终，该方法了实现无轴承异步电机悬浮系统动态解耦控制并提高了系统的稳定性和抗扰动性能。仿真和实验结果证明了该方法的有效性，能够实现两自由度无轴承异步电机径向悬浮力之间解耦控制。
2019 Vol. 38 (4): 50-55 [
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56
基于变分模态分解和独立成分分析的矿山微震信号降噪
>黄维新，刘敦文
微震信号降噪对P、S波初至拾取、震源定位和震源机制反演等具有重要意义，为此本文提出一种基于变分模态分解和独立成分分析的微震信号降噪方法。首先采用变分模态分解将微震信号分解为特定数目的模态分量，再根据模态分量与原微震信号的相关系数剔除噪音特别大的模态分量。针对噪音与有用信号混合的模态分量，采用独立成分分析提取有用信号，再与剩余的低频模态分量相加得到VMD_ICA降噪信号。此外，采用正弦函数拟合的方法去除VMD_ICA降噪信号存在的工频噪音。信号测试表明：VMD_ICA法和VMD_ICA_Sine法降噪均能有效保留微震信号的局部特征，且其信噪比大于直接去除部分模态分量。矿山微震信号应用进一步表明：VMD_ICA法和VMD_ICA_Sine法均能提高微震信号的信噪比，有效地提高了PAI-K法P波初至拾取效果，且VMD_ICA_Sine法优于VMD_ICA法降噪效果。综上所述，VMD_ICA_Sine法能为矿山微震信号降噪提供一种较好的分析方法。
2019 Vol. 38 (4): 56-63 [
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64
冻融循环作用下粉质粘土原位动剪切模量及其衰减特征
>陈树峰1, 2,孔令伟1, 2，李晶晶1, 2
根据深季节冻土区高速铁路周边土体实际工程状态，开展现场地震波扁铲侧胀试验和室内共振柱试验，结合现场土体刚度和室内刚度衰减规律，综合评价了冻融环境下粉质粘土原位刚度性状及衰减特征。结果表明，受冻融循环作用的影响，小应变条件下粉质粘土最大动剪切模量Gmax由未经冻融时97.9MPa降至53.6MPa，最大衰减出现在冻融循环初期；经历循环后，土体归一化G/Gmax-γ曲线出现上移，同等应变条件下，冻融循环后土体的G/Gmax值较高；粉质粘土原位最大动剪切模量G0显著高于室内最大动剪切模量Gmax，说明取样、运输及制样等过程存在对土样的扰动作用，仅借助室内试验难于还原土体原位刚度特性；原位剪切模量随着冻融循环次数的增加而减小，冻融作用的影响随着应变的增大逐渐减弱，当应变超过工作应变γDMT时，可忽略冻融循环对土体动剪切模量的影响，根据工程实际应变范围和冻融作用合理选用土体刚度值是深季节冻土区工程设计的关键。
2019 Vol. 38 (4): 64-69 [
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70
下击暴流作用下坡地风场特性研究
>方智远1，汪之松1,2，李正良1,2
下击暴流多发生于山地丘陵地区，而目前对于下击暴流的研究多集中在平地地形的稳态风场。为研究坡地地形对下击暴流风场特性的影响，采用冲击射流物理试验与大涡模拟（Large eddy simulation，LES）方法对平地以及三个不同坡度的坡地风场进行了试验测试与数值模拟。结果表明：大涡模拟捕捉到了风场的瞬态变化特征，环涡结构在首次越过山坡时，在坡顶檐口位置产生下击暴流风场整个生命周期中的最大风速。坡地地形除檐口位置具有显著加速效应外，其他位置未发现风速增大效应。与平地风场相比，檐口位置水平风速与竖向风速都有所增大，且近地面水平风速加速因子Mt达到1.3左右。近地面湍流度增大较为明显的区域为起坡位置及坡后位置，坡中及檐口位置加速效应较小。檐口位置湍流度加速因子随坡度的增大而略有增加。
2019 Vol. 38 (4): 70-76 [
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77
基于全相位滤波的密集成分的频率估计
>杨俊东1，余江1，黄铭1，张果2，葛孚华1
为提高密集谱成分的频率估计精度，本文提出基于全相位滤波的频谱校正法。首先，构建了可以反映以谱峰为中心的3根谱线的相位线性偏离因子，用以辨识所关注的频点是否存在密集谱分布；其次，将所关注的频点参数代入全相位窄带滤波器的解析公式，生成滤波器系数；最后，用现有的谱校正法(如比值法)对全相位滤波输出的有效样本段进行频率估计，即可估测出密集频率成分。实验证明，本文方法可以大大地去除谱间干扰误差，相比于现有的频谱校正法，提升了密集频率成分的估计精度，因而具有较广泛的应用前景。
2019 Vol. 38 (4): 77-82 [
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83
近自由表面海流能发电装置VIVACE流激振动的实验研究
>徐万海1, 罗 浩1, 孙 海2
本文实验研究了大雷诺数、小质量比、近自由水面的弹性支撑刚性圆柱流激振动. 利用了低湍流度的循环水槽施加不同来流条件，采用虚拟弹簧阻尼系统(Vck)测量圆柱的流激振动幅值和频率。研究结果表明：约化速度由低到高，近自由表面处采用被动湍流控制技术(PTC)的圆柱流激振动可分为三个典型区域，分别为涡激振动区、涡激振动向驰振转化区和驰振区。涡激振动发生时，自由表面效应对光滑圆柱涡激振动以及PTC圆柱的流激振动影响不明显；驰振发生时，较大的约化速度对应较高弗洛德数，自由表面对弹性支撑刚性PTC圆柱的流激振动影响逐渐显著。研究成果可为海流能发电装置VIVACE提供必要的理论指导和技术支撑。
2019 Vol. 38 (4): 83-89 [
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90
弹体水平入水的空泡扩展相关特性研究
>郭子涛1，陈拓2，郭钊1，张伟
本文利用轻气炮设备对平头、半球型、截卵形柱形弹以及圆球形弹进行了速度在100m/s~300m/s的水平入水实验，利用高速相机记录了弹体入水和空泡扩展的详细过程，用能量守恒的观点间接考察了空泡内外压差 ∆p 随入水侵彻位移的变化规律，同时研究了入水弹道上不同截面处的空泡扩展速度特性及空泡半径达到最大时的平均扩展速度。结果表明空泡内外压差 ∆p 沿侵彻深度总体上有两种变化模式，同一工况下，侵彻轨迹上不同截面处的空泡壁扩展平均速度基本一致。实验结果与理论计算吻合较好。
2019 Vol. 38 (4): 90-94 [
摘要
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177
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95
小半径曲线桥振动台试验模型设计与试验研究
>张智1，李小军1,2,兰日清2
本文针对某小半径曲线桥，设计1/16的缩尺模型，开展考虑桩-土-桥梁结构动力相互作用的振动台试验研究。文中主要对振动台试验的模型设计和试验的实施进行阐述，通过对试验部分结果和现象进行分析，初步得出桩-土-结构体系的振动响应规律，探讨了小半径曲线桥破坏特征与破坏模式。结果表明：随着输入地震动强度的增大，结构的频率整体呈下降趋势，阻尼比整体呈增大趋势；结构的加速度反应从桩基底部向上至桥面，随着高度的增加整体呈增大趋势；桩基顶部应变和动土压力幅值最大，墩柱应变大于桩基应变；试验过程中观测到了桥体扭转反应，试验也展现了落梁、支座脱落、裂缝贯穿、局部混凝土压碎等震害现象。
2019 Vol. 38 (4): 95-102 [
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103
一种空间可展开的伸缩机构研究
>关奉伟1,2，曹乃亮1,2
提出了一种基于薄壁开口管的一维空间伸缩机构。首先，介绍了薄壁开口管收拢展开原理，分析了薄壁开口管的截面特性，基于经典层合板理论，推导其双稳态特性的稳定条件，给出了稳态构型点。其次，通过有限元分析，求解出不同直径、张角的开口管的屈曲刚度。再次，提出了摩擦驱动的薄壁开口管展开形式，采用弧面驱动辊子实现与薄壁开口管过渡段的壁面紧密贴合。最后，设计制造了薄壁开口管伸缩机构样机，并开展了试验验证。试验结果表明，该伸展臂可以实现轴向50N负载下的稳定运动，采用三套伸展臂组件周向均匀布置，同步驱动，实现了可展开遮光罩重力卸载下的展开试验。
2019 Vol. 38 (4): 103-109 [
摘要
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110
周扫式激光通信光端机遮光罩优化设计
>贾梅1,2,李小明2，王桂冰1,2,陶天奇1,2,张立中1,2,3
小卫星激光通信用周扫式光端机安装在卫星外部，光端机在卫星发射过程中会受到巨大的冲击，该机构的遮光罩与锁紧系统相连是光端机锁紧的关键部件，其结构刚度和强度的大小直接影响整机的可靠性。本文根据周扫式光端机的特点，首先对遮光罩外部约束条件进行分析与计算，在保证力学要求的前提下，利用拓扑优化与自由尺寸优化相结合的方法对遮光罩进行优化设计，降低遮光罩的重量。分析表明采用优化设计后的遮光罩，其质量下降了17.08%，最大应力与最大位移降低了45.45%和54.93%，前三阶模态也有显著提升，提高了遮光罩的可用性及整机的可靠性。
2019 Vol. 38 (4): 110-114 [
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115
基于随机森林和最小角回归的结构地震需求重要性度量分析
>王秀振1，钱永久1，宋帅2
对带粘滞阻尼器的钢筋混凝土框架结构在El Centro地震波的作用下，采用OpenSEES软件进行了动力非线性时程分析，考虑了粘滞阻尼器的阻尼系数和刚度、钢筋的弹性模量和屈服强度、阻尼比、混凝土的抗压强度和弹性模量以及结构质量8个输入随机变量的影响，得到了框架结构的顶点位移、最大层间位移角以及基底剪力3种结构地震需求。提出将随机森林算法和最小角回归算法应用到结构地震需求的重要性度量分析中，得到了各个输入随机变量对3种结构地震需求的重要性性排序，并用Monte-Carlo数值模拟法进行了对比。结果表明，基于随机森林算法和最小角回归算法的结构地震需求重要性度量分析方法结果与Monte-Carlo数值模拟法基本一致，这两种方法是准确高效的方法，可以大大减少样本的数量。
2019 Vol. 38 (4): 115-120 [
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121
基于特征参数的栓接结合部螺栓预紧力评估
>罗文峰1，余岭1,2
为了解决频响函数法在栓接结合部特征参数辨识中的不适定性问题及期望通过定量评估螺栓预紧力以评估栓接结合部损伤程度，采用正问题求解思路，提出依据动力方程定义参数辨识的目标函数并利用特征参数定量计算螺栓预紧力的评估方法。首先，建立栓接结合部等效线性模型，通过模态试验测量不同预紧力下的结构频响函数；然后，构建目标函数，采用粒子群优化算法获取不同预紧力下的特征参数，并通过多项式拟合特征参数与预紧力之间的关系曲线，从而评估螺栓预紧力；最后通过数值仿真和实验验证方法的有效性和适用性。研究结果表明：所提方法能够准确辨识结合部参数，利用拟合的关系曲线可以准确地定量评估螺栓预紧力。
2019 Vol. 38 (4): 121-128 [
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129
动态加载率对巷道内裂纹扩展速度及动态起裂韧度的影响
>周磊，朱哲明，董玉清，应鹏，王磊
在巷道的钻爆法掘进过程中，巷道围岩周围将诱发较多的径向裂隙。为了研究不同冲击载荷作用下巷道内裂纹扩展速度及起裂韧度的变化规律，采用落锤冲击试验机对裂纹巷道模型试件进行冲击加载，模型试件选用青砂岩制作。试验中，采用裂纹扩展计进行裂纹扩展速度及起裂时间的测定，对不同冲击高度下裂纹扩展速度及起裂时间进行分析；随后采用ABAQUS有限元程序结合试验-数值法计算巷道模型试样在不同动态加载率作用下的动态起裂韧度，并对起裂韧度的变化规律进行统计分析，得出如下结论：(1)巷道内预制裂纹的扩展速度随着动态加载高度的增加而增大，随后逐渐趋于稳定，实测裂纹扩展速度略小于0.38倍砂岩纵波波速；(2)巷道内预制裂纹的起裂时间，随着动态加载率的增加呈缓慢下降的趋势，降低幅度范围为50μs左右。(3)随着动态加载率的增加，巷道内裂纹的动态起裂韧度逐渐增大，上升趋势也逐渐加大。
2019 Vol. 38 (4): 129-136 [
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137
煤矿泥岩冲击动态力学特性与破裂破碎特征分析
>王梦想，汪海波，宗琦
煤矿巷道围岩在采掘过程中受多种动载作用，为了研究动载对围岩破坏变形的影响，通过直径50mm分离式Hopkinson试验装置开展不同冲击气压下煤矿常见泥岩在冲击荷载作用下的动态力学特性和破裂破碎特征试验，研究了不同冲击气压状态下试件应力应变特征、破坏形态和试件动态强度随应变率增长规律，分析了试验过程中应力波传播与试件裂纹扩展的关系。结果表明：在设定的试验条件下，泥岩试件的加载率、应变率和峰值应变均表现出随冲击气压的增大而增大；试件的动态单轴抗压强度随着应变率的增加呈现指数型增长，表现出强应变率效应；试件在反射应力波与透射应力波共同作用下，产生环向拉裂破坏和轴向劈裂破坏。
2019 Vol. 38 (4): 137-143 [
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144
AP1000核岛厂房考虑重力水箱流体-结构相互作用的地震易损性分析研究
>李静，陈健云，徐强，渠亚卿
AP1000核岛屏蔽厂房非能动冷却系统对提升核电安全具有重要作用，但重力水箱在强震下的流体-结构相互作用对屏蔽厂房的地震动响应有很大影响。基于ALE流固耦合分析方法，本文研究了重力水箱内不同流体高度对屏蔽厂房在强震下的地震动易损性的影响，并对重力水箱内四种隔板设计方案下的厂房地震动易损性进行了比较。结果表明，AP1000核电厂房在水箱内无水的情况下易损性最高，其次是保证72小时供水的标准水位，在水位高度为标准水位的2/3左右时厂房易损性最小；水箱内隔板设置形式对厂房易损性有很大影响。
2019 Vol. 38 (4): 144-150 [
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151
脉冲型地震作用下独塔自锚式悬索桥碰撞响应试验研究
>郑勤飞，闫维明，罗振源，许维炳
为了研究脉冲型地震作用下考虑碰撞效应时自锚式悬索桥的地震响应，以某独塔自锚式悬索桥为原型，设计制作了缩尺比为1:20的试验模型，并选取三条具有不同脉冲周期的近断层脉冲型地震波，利用多子台地震模拟振动台台阵系统，进行了一致激励及行波激励下的对比试验。结果表明：一致激励下梁端碰撞效应会显著增加边墩墩底变形，但会不同程度降低支座的位移响应，且碰撞效应随碰撞间隙的增加先增强后减弱；行波激励会加剧梁端碰撞作用，使碰撞效应对边墩墩底变形和主塔塔底变形的放大作用更显著；脉冲型地震动的脉冲周期与悬索桥基本周期越接近，碰撞效应越强，对边墩墩底变形及主塔塔底变形的放大效应越显著，但对支座位移降低程度的影响不明显。因此，对自锚式悬索桥进行抗震或减震设计时应当考虑碰撞效应、行波效应及地震动脉冲特性的影响。本文研究成果可为桥梁结构的碰撞响应研究提供一定的参考价值。
2019 Vol. 38 (4): 151-157 [
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158
基于谱峭度和最大相关峭度解卷积的滚动轴承复合故障特征分离方法
>胡爱军，赵军，孙尚飞，黄申申
针对振动信号中复合故障特征难以准确分离的问题，提出了一种融合谱峭度(spectral kurtosis，简称SK)和最大相关峭度解卷积(Maximum correlated kurtosis deconolution，简称MCKD)的复合故障分离方法。首先对复合故障信号做谱峭度分析，根据选择的各共振频带对信号进行带通滤波，提取出多个故障信号；然后对提取的各信号做包络解调分析，对能提取出单一故障特征的振动信号完成分离过程；对未提取出单一故障特征的振动信号最后做最大相关峭度解卷积处理。采用改进的轴承复合故障仿真模型验证了方法的有效性。实测滚动轴承内、外圈复合故障信号分析结果表明，该方法能够实现复合故障的准确分离。
2019 Vol. 38 (4): 158-165 [
摘要
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166
精密钢球传动系统动力学建模与模态分析
>张悦，安子军，刘子强，白晓鹏
为能够准确反映精密钢球传动系统的固有特性。考虑摆线槽曲率和啮合法向力变化对啮合刚度的影响，通过力矩平衡方程和轴向力平衡方程求得啮合副时变啮合刚度。建立精密钢球传动系统平移-扭转耦合动力学模型，推导出系统动力学微分方程，得到系统自由振动特征方程，求解出系统固有频率和振型。研究结果表明，传动系统的各阶固有频率均呈周期性变化，在给定样机参数时，随着转角的增加，在低阶(110阶)、中高阶(2729阶)、中高阶(3034阶)的各自固有频率轨迹接近处发生模态跃迁，在高阶(3942阶)固有频率轨迹相交处等速钢球组1直线振动模式与等速钢球组2直线振动模式之间会发生变化。
2019 Vol. 38 (4): 166-174 [
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175
基于拟力法的增量动力分析方法
>郝润霞1,杨作续1，李钢2，余丁浩2，贾硕2
增量动力分析(IDA)方法是一种评价结构抗震性能的有效方法，但该方法需对结构进行大量的非线性动力时程分析，计算工作量大，耗时长，特别是在计算大型复杂结构时，此类问题尤为突出。提出一种基于拟力法(FAM)的增量动力分析方法，该方法通过引入附加虚拟荷载项，使得IDA运动方程在进行非线性求解时整体刚度矩阵始终保持不变，在多次调幅地震动激励下，通过存储和调用特定刚度矩阵，实现IDA分析全过程整体刚度矩阵的重复利用，进而提高计算效率。采用时间复杂度评价方法，定量对比了该方法与传统IDA方法的计算效率，并通过对8层钢筋混凝土框架结构分别进行IDA分析，比较了两种方法的计算结果以及时间复杂度，验证了该方法的准确性和高效性。
2019 Vol. 38 (4): 175-183 [
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184
聚能射流侵彻飞机铝合金蒙皮的仿真与实验研究
>董世康1，胡芳友1，崔爱永1，黄旭东2，刘茜2
为解决传统切割方法难以满足野外条件飞机蒙皮破孔损伤战场抢修要求的问题，提出利用装药聚能效应切割清理金属蒙皮受损区域的方法，开展了2mm厚2A12铝合金薄板聚能切割新工艺探索。将聚能切割技术的应用载体确定为内部装填黑索金、带有楔形凹槽的铅外壳金属管式切割索。利用ANSYS/LS-DYNA软件，构建了切割索侵彻铝合金板的有限元模型，运用正交设计法，分析了不同工艺参数组合下切割索的切割性能，对装药线密度、药型罩夹角、炸高3个影响因素进行了优化。经实验验证，数值计算与实验结果吻合良好，证明了有限元模型的准确性，并最终将聚能切割工艺确定为装药线密度1.5g/m、药型罩夹角80°、炸高0。原型实验表明，采用该参数的新型切割索在切割精度、异形切割等方面均符合飞机蒙皮破孔损伤战场抢修的工艺要求。
2019 Vol. 38 (4): 184-190 [
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具有弹性扭转悬架的非公路车辆平顺性及侧倾稳定性分析
>柴牧，Subhash Rakheja, 上官文斌
建立了装备弹性扭转悬架的三维非公路车辆模型，研究了不同弹性扭转悬架布置方式下车辆的平顺性及侧倾稳定性。由后轴装备弹性扭转悬架的车辆实验验证了模型的准确性。通过对驾驶室座椅处的振动响应和车身侧倾角响应的分析可知，弹性扭转悬架不仅可以提高车辆的平顺性，还能提高其侧倾稳定性。且具有前后弹性扭转悬架的车辆对座椅处各方向的振动抑制效果最好，而仅前轴装有弹性扭转悬架比仅后轴有弹性扭转悬架车辆具有更好的乘坐舒适性。最后对比了载荷变化对不同悬架布置方式下车辆振动响应的影响，结果表明，载荷变化对装备弹性扭转悬架的车辆影响较小。
2019 Vol. 38 (4): 191-198 [
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199
基于奇异值差分谱理论的大型转子轴心轨迹提纯
>张景润 李伟光 李振 赵学智
针对大型轴承实验台的转子轴心轨迹的提纯问题，提出采用奇异值差分谱提纯轴心轨迹的方法。奇异值差分谱可以直观表示有用分量和噪声分量的差异，由差分谱首个峰值可以确定有用分量个数。将原始振动信号构造Hankel矩阵，对其进行奇异值分解(Singular value decomposition，SVD），利用奇异值差分谱来选取特征奇异值，通过SVD重构得到特征信号，利用特征信号得到提纯的轴心轨迹。比较了SVD和谐波小波包算法的处理效果，结果表明，由奇异值差分谱提纯的轴心轨迹更清晰。
2019 Vol. 38 (4): 199-205 [
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206
分析天平包装件随机振动仿真分析及优化设计
>米男男，李光
目的 将有限元分析方法应用于分析天平包装件的模态分析和随机振动的加速度PSD分析，以获得应力分布云图和加速度功率谱密度响应曲线；对缓冲衬垫进行多目标优化设计以获得低成本高性能的缓冲结构。方法 在Solidworks中建立有限元模型，用Ansys Workbench进行动力学仿真，分析包装件运输过程中的变形和振动情况，找出缓冲衬垫的薄弱点，以响应加速度、最大变形量和包装件质量为目标函数对分析天平缓冲衬垫进行响应曲面优化设计。结果 经过响应曲面优化分析，优化值与初始值相比，包装件各项性能得到了提升。结论 通过对分析天平包装件的仿真分析和优化设计，可以对缓冲衬垫结构尺寸进行改进，降低产品运输途中的破损率，并实现缓冲结构轻量化。
2019 Vol. 38 (4): 206-212 [
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213
质量静矩和惯性矩对水翼流致振动及噪声影响的数值研究
>刘 龙，张怀新,姚慧岚
采用URANS方法数值计算了具有两个自由度三维刚性水翼的流致振动和声辐射问题,三维刚性水翼的振动是通过解刚性体的运动方程的方式实现，流场在Fluent里用k-ω SST湍流模型计算。首先，进行了网格无关性验证和时间步长的验证，并和相关的实验结果以及Theodorsen非定常理论的结果进行了对比，计算结果具有较高的吻合度。然后重点计算了质量静矩和质量惯性矩对振动以及振动临界状态的影响，并且计算了不同振动状态下的声辐射问题。计算结果表明，质量静矩和质量惯性矩对水翼的振动有较大的影响，而水翼的振动会使噪声大幅增加。
2019 Vol. 38 (4): 213-221 [
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222
水泵水轮机飞逸工况下尾水管涡带演化研究
>李琪飞1,2，赵超本1，龙世灿1，权辉1,2
为研究水泵水轮机在飞逸工况下不同导叶开度时的水力不稳定性, 以某抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象，基于Realizable k-ε湍流模型的非定常数值计算方法，对水泵水轮机七种不同导叶开度下的流动进行全流道计算。结合监测蜗壳进口、无叶区、转轮与顶盖之间以及尾水管处的压力脉动，研究了水泵水轮机在不同导叶开度下尾水管涡带的形态，及其对尾水管压力脉动的影响。结果表明：飞逸工况下，尾水管涡带与开导叶度关系密切；小开度下，涡带较明显且涡带形态不断撕裂重构并伴有局部回流；随开度增大，尾水管涡带的形态逐渐由紊乱无规则变为明显锥状，且随着开度的进一步增大涡带形状演变为粗壮螺旋涡带。大开度下，涡带近壁面旋向侧速度较大是导致直锥段壁面湍动能较大等能量损失的主要原因；尾水管涡带不断向下游输运，是造成水泵水轮机尾水管巨大压力脉动的关键因素。
2019 Vol. 38 (4): 222-228 [
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229
基于LMI方法的电液舵机动刚度 控制器分析与设计
>董胜 袁朝辉
舵机刚度特性决定着航行器对舵面位置的“把控”能力，航行器运动时随着舵面负载扰动频率的变化，刚度特性也是不断变化的，如果某一频率点上刚度达到最小值，引起了舵面剧烈抖动，整个航行器的运行安全将无法保证。所以舵机控制器设计过程中需要大量的仿真计算，从开始设计阶段找到提高舵机刚度特性的方法。本文首先建立电液舵机的系统模型，仿真得到系统刚度特性，然后基于LMI（Linear Matrix Inequality）方法设计了 控制器，通过求解含约束条件的LMI优化问题使设计的控制器能够较大程度上的提高系统动刚度。最后仿真结果表明：控制器能提高了系统抗扰动能力，系统的刚度在一定扰动频率范围内不变，扰动通道增益减小。在系统参数发生波动的情况下依然能保持较好的抗扰动能力，鲁棒性较强，结合实际项目验证了设计控制器的有效性。
2019 Vol. 38 (4): 229-236 [
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237
基于加权最小二乘法辨识的后缘襟翼智能旋翼振动载荷闭环控制仿真研究
>周金龙1,董凌华1，杨卫东1，刘士明2
智能旋翼是一种行之有效的直升机旋翼振动主动控制技术，针对后缘襟翼式智能旋翼振动闭环控制问题，建立了带后缘襟翼旋翼气弹耦合动力学模型，并对后缘襟翼进行了开环控制仿真，通过对后缘襟翼扫幅、扫频和扫相分析，研究了后缘襟翼偏转运动的幅值、频率与相位对旋翼振动载荷的影响，采用高阶谐波控制算法，结合加权最小二乘法辨识系统传递矩阵，并考虑驱动器饱和现象，进行了后缘襟翼智能旋翼闭环控制仿真，仿真结果表明旋翼通过频率垂向振动载荷降幅最高达到87%，取得了良好的控制效果，为后缘襟翼智能旋翼闭环控制系统工程实现提供参考。
2019 Vol. 38 (4): 237-244 [
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245
手枪弹侵彻有防护仿生人体躯干靶标试验研究
>唐刘建1，温垚珂1，薛本源1，徐诚1，宋焦2
在为了更好的研究钝击损伤机理，本文首先建立了“明胶-胸廓”仿生人体躯干，进而搭建了同步测试系统开展手枪弹侵彻有防护人体靶标的试验研究。将压力传感器埋设在心脏和左肺部位，获得了人体典型位置受到枪弹钝击时这两个部位的动态压力特性。钝击心脏部位时心脏处的压力峰值达到了2.40 MPa，左肺处为1.30 MPa；弹着点在右肺部位时，传播至心脏和左肺的压力峰值分别为0.39 MPa和0.25 MPa；弹着点在肝脏部位时，传播至心脏和左肺的压力峰值大小相近，约为0.10 MPa。高速摄影拍摄到的侵彻过程表明，软质防弹衣会产生非常大的瞬态凹陷，随后在人体靶标弹性能的作用下凹陷深度和范围又逐渐减小。被击中的防弹衣背部产生一个高度约3cm的塑性鼓包。本文研究可为钝击伤评估和防弹衣改进提供参考。
2019 Vol. 38 (4): 245-249 [
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250
基于格子Boltzmann方法的液压激振管道压力冲击的研究
>袁鑫1，吴万荣1，郝前华1，2
为研究液压激振管道的压力冲击问题，引入一种基于介观粒子的格子Boltzmann方法，建立液压激振管道的多松弛格子演化模型，模拟阀门关闭引起的管道压力冲击。在不同阀门关闭时间、不同流速变化条件下，分析管道压力冲击的变化规律以及管道中速度场对压力的影响。仿真分析结果表明：关阀时间与管道压力波周期的关系是影响管道压力冲击的根本原因；通过与传统有限体积法的模拟结果进行对比，得出格子Boltzmann方法能较好地模拟液压激振中管道的压力冲击，与传统方法模拟结果有较好的一致性，且格子方法的运算效率更高；速度场的分析表明，速度瞬变是压力瞬变的根本原因。两种分析方法对比表明，格子Boltzmann方法方法具有易于编程实现、计算效率高等特点，可以应用于复杂液压激振系统的分析研究。
2019 Vol. 38 (4): 250-257 [
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258
黏滞阻尼器在时程分析下的附加有效阻尼比研究
>吴旭1，周美容1，陈曦2，张雪梅1
为了研究消能减震结构中黏滞阻尼器在时程分析中所提供的附加有效阻尼比，从阻尼力做功（阻尼能）的角度出发，建立阻尼能与附加有效阻尼比在时程过程中的关系，提出附加有效阻尼比的理论计算公式，并建立有限元分析模型来验证该公式，对比消能减震结构与等效结构的阻尼能。结果表明，该阻尼比计算公式比现有的其它公式具有更强的通用性及合理性，适用于计算黏滞阻尼器在任意时程分析过程中的附加有效阻尼比，且消能减震结构与等效结构具有相同的阻尼能。
2019 Vol. 38 (4): 258-262 [
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