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2019年 38卷 7期
刊出日期：2019-03-28
论文
论文
1
基于索引冗余字典的轴承故障组稀疏分类方法研究
>邓韬1，林建辉2，黄晨光2，靳行2
基于声发射信号的高速列车轮对轴承早期故障状态诊断和分类复杂性高，常用的人工神经网络及支持向量机方法在参数设置与多分类问题上存在困难。组稀疏分类(GSRC)仅通过超完备字典下稀疏重构即可实现理想的多分类，在图像、语音分类中成为热点。为将GSRC用于轴承故障识别，设计了一种带索引的复合故障冗余字典，利用样本信号多尺度排列熵构成索引字典的小体积优势预先匹配来缩小故障类范围，以邻近梯度法和最优一阶加速的组LASSO约束优化算法来提高收敛性和计算速度；采用改进EEMD结合变分模态分解自适应的获得各故障类初始原子，以保留故障的非线性特征，同时提出一种原子区间平移稀疏编码方法（Interval translation sparse coding, ITSC）放宽了样本数据截取要求，原子有更好的紧凑性与稀疏性；对七类轴承缺陷试验台跑合声发射信号进行分类，验证了该方法的性能。
2019 Vol. 38 (7): 1-8 [
摘要
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9
Taylor冲击载荷作用下PBX炸药细观损伤模式及机理研究
>蔡宣明1，张伟2，徐鹏1，高玉波1，范志强1
空对地钻地弹在高速侵彻过程中，装药部的提前起爆严重影响到对攻击目标的毁伤作用，针对这个急迫需要解决的问题，对装药部（PBX炸药）在高g值载荷作用下的细观损伤模式及机理进行研究。基于一级轻气炮，应用激光测速系统监测实验试件击靶速度，由压电传感器采集实验试件应力状态，进而通过Taylor冲击加载方式对PBX炸药损伤形式进行实验研究。基于细观损伤理论，结合扫描电子显微镜（SEM）对其损伤模式进行分析，结果表明，在较小冲击载荷作用下，晶体颗粒表面与粘结剂之间的剪切脱粘细观损伤模式最先发生；随着冲击载荷能量的增加，产生了细观损伤裂纹，并不断沿应力薄弱路径急剧传播，且萌生新的损伤裂纹，裂纹传播错综复杂，进而导致颗粒破碎，发生穿晶断裂、粘结剂劈裂等细观损伤模式，从而导致该PBX炸药宏观损伤裂纹的出现。PBX炸药细观损伤理论对该PBX炸药细观损伤模式的预测结果与实验分析结果基本相符，该细观损伤理论为其细观损伤机理研究提供了重要依据。
2019 Vol. 38 (7): 9-14 [
摘要
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15
浸液离心轮非接触式模态特性识别技术
>霍世慧,黄道琼1，黄红2，任武2，宣统2
针对浸液离心轮结构，提出一种非接触式模态特性识别技术，给出浸液介质对离心轮湿模态影响的量化表征。利用三维激光多普勒测振系统实现结构测点拾振，并在浸液结构中充分考虑不同介质引起的激光折射效应，采用LMS模态分析系统实现模态特性识别。非接触式模态特性识别技术获得的离心轮模态特性与常规成熟加速度传感器测试结果保持很好的一致性，该项识别技术能够很好地运用于浸液结构模态特性识别。开展离心轮在水和液氧模拟介质下模态特性测试，浸液介质导致结构频率不同程度的下降，但在不同阶次上的影响可以保持很好的一致性，不同液位浸液介质对结构模态特性表现出不同的影响规律。
2019 Vol. 38 (7): 15-19 [
摘要
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20
基于伪谱法的自由漂浮柔性空间机器人姿态运动规划与反馈控制
>姚其家，戈新生
研究自由漂浮柔性空间机器人的动力学建模与姿态控制问题。针对初始状态不确定性对系统姿态造成的影响，提出一种基于伪谱法的运动规划与反馈控制相结合的姿态控制策略。首先，利用假设模态法近似描述柔性臂杆的弹性变形，并利用Lagrange方法建立空间机器人系统的动力学模型。在运动规划方法的设计中，利用Legendre伪谱法将空间机械臂非完整运动规划问题转化为非线性规划问题，再利用序列二次规划算法求解此非线性规划问题得到系统的优化运动轨迹和最优控制输入。在反馈控制方法的设计中，将状态方程在已知的参考轨迹上线性化处理，利用Pontryagin极大值原理将对参考轨迹的跟踪问题转化为两点边值问题，再利用Legendre伪谱法离散此两点边值问题，将其转化为线性代数方程组进行求解，该过程无需任何积分计算，具有很好的实时性。最后，通过数值仿真验证了本文提出的姿态控制策略的有效性和鲁棒性。
2019 Vol. 38 (7): 20-27 [
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28
基于电子隧道效应的纳米梁非线性振动控制
>姜瑞瑞，刘灿昌，李磊，秦志昌，万磊，孔维旭，周长城
以Euler-Bornoulli梁为振动模型，提出了基于电子隧道效应的纳米梁非线性振动控制方法。隧道效应电流具有高灵敏性、高精确性的特点，可用于检测纳米梁的振动信号。应用位移和速度电压反馈控制器，考虑时滞反馈影响，建立基于隧道效应的纳米梁时滞非线性振动控制方程，应用多尺度方法得到纳米梁主共振的幅频响应方程。研究了直流和交流激励电压、控制增益和时滞等参数与纳米梁振动非线性之间的关系，分析了减弱系统非线性、增强系统稳定性的影响因素。研究结果表明，通过选择合适的控制增益和时滞，适当减小直流和交流激励电压幅值可以降低振动的非线性，提高系统的稳定性。
2019 Vol. 38 (7): 28-34 [
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35
亲水与超疏水高温球体入水空泡实验研究
>李佳川1，魏英杰1，孙钊2,3，王聪1
基于高速摄像方法，开展了28—350°C范围内不同温度的亲水性与超疏水性球体垂直入水实验研究，分析了表面润湿性、水温、球温和入水速度对入水空泡形态特性的影响。结果表明，在高温水中，核态沸腾阶段的汽泡扰动使亲水球体可以在较低入水速度下形成完整的粗糙空泡，超疏水球体受到核态沸腾和疏水性的耦合影响产生褶皱的光滑空泡，超疏水球体可以在较低温度下进入膜态沸腾阶段形成光滑的入水空泡，并且相比于亲水球体，随着入水速度的增加空泡壁面不易受到扰动；在低温水中，当球温较高时，稳定的蒸汽膜较难维持，超疏水球体可以产生比亲水球体更完整的空泡。
2019 Vol. 38 (7): 35-41 [
摘要
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42
双圆柱体低速并联入水过程空泡及运动特性试验研究
>路丽睿，魏英杰，王聪，宋武超，刘凯航
为深入了解双圆柱体低速并联入水过程空泡演化及运动规律，本文基于高速摄像方法，开展了圆柱体低速并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比，分析了并联入水双空泡演化机理；进一步开展了不同入水速度试验，研究了入水速度对并联入水过程圆柱体运动特性的影响，并结合空泡演化规律，分析了空泡演化过程对圆柱体运动的影响机理。研究结果表明：圆柱体低速并联入水过程中，入水空泡呈现明显不对称特性；在非对称流体动力作用下，圆柱体产生了偏转与横向运动，且偏转运动受空泡闭合影响较大；两圆柱体运动特性曲线与双空泡形态呈现良好的对称性。
2019 Vol. 38 (7): 42-49 [
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50
冲击渐进振动系统的双参数分岔分析
>吕小红1, 2 罗冠炜2
建立了冲击渐进振动系统的力学模型。分析了激振器和缓冲垫发生碰撞的类型，以及滑块渐进运动的条件。给出了系统可能呈现的四种运动状态的判断条件和运动微分方程。通过二维参数分岔分析得到在( , l) -参数平面内各点处，系统呈现的周期振动的类型。详细分析了1/1和2/1基本碰撞运动的分岔特点，以及系统参数、冲击速度和滑块渐进率之间的关联关系。1/1基本碰撞运动经周期倍化分岔产生2/2周期振动，经虚擦边分岔或多重滑移分岔产生2/1基本碰撞运动。2/1基本碰撞运动经实擦边分岔，虚擦边分岔或多重滑移分岔产生3/1基本碰撞运动。由于p/1(p=1, 2)基本碰撞运动的虚擦边分岔，使得p/1基本碰撞运动在向稳定的(p+1)/1基本碰撞运动转迁的过程中出现一个中间过渡区域。此外，在一定参数条件下，系统呈现1/1基本碰撞运动的概周期运动和周期泡现象。
2019 Vol. 38 (7): 50-56 [
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湍流风与地震联合作用下风力机塔架振动非线性特征研究
>邹锦华1，杨阳1，李春1,2，刘中胜1，袁全勇1
为研究湍流风与地震联合作用下大型风力机塔架动力学响应非线性特性，以NREL 5 MW风力机为研究对象，基于模态截断法建立塔架模型，在考虑土体-结构耦合的基础上，通过开源软件FAST预留接口开发地震载荷计算模块。基于标准地震反应谱获得150组不同强度的地震，与额定风速的湍流风联合作用于风力机，研究发现：地震作用对塔架加速度影响较大，塔顶来流方向振动受湍流风影响较大，地震激励引起的振动能量可通过气动阻尼耗散，而塔顶侧向振动能量只能通过结构阻尼耗散，侧向塔顶振动频率主要为风力机结构一阶固有频率。此外，基于混沌理论，采用相图法和最大Lyapunov指数法从定性和定量两个角度分析了塔顶位移的非特性特征。结果表明：不同工况下塔顶位移时间序列的三维相图呈现出奇异性且最大Lyapunov指数均大于0，说明塔顶位移响应信号具有混沌特征。
2019 Vol. 38 (7): 57-64 [
摘要
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65
角度偏移对微机械陀螺系统响应特性的影响
>张利娟1，李欣业1，张华彪2
微机械陀螺敏感结构加工误差的存在使得微机械陀螺的弹性主轴和驱动/敏感轴不能完全重合，将导致信号出现误差。本文针对加工误差引起的角度偏移，即弹性主轴和驱动/敏感轴的不重合对微陀螺系统响应特性的影响进行研究。同时考虑系统的刚度非线性，基于拉格朗日方程建立了系统的动力学方程，利用平均法进行求解，得到了关于定常解的代数方程。利用同伦延拓方法研究了角度偏差对系统零偏、机械灵敏度和非线性度的影响。结果表明只有一个角度偏移时，随着偏移角度绝对值的增大，零偏和非线性度增加，机械灵敏度降低。当驱动和敏感方向同时有角度偏移时，两方向偏移角度相反时，零偏、机械灵敏度和非线性度随偏移角度大小的变化非常剧烈，而偏移角度相近时，偏移角度大小的影响较为平缓。给出了系统零偏和非线性度取极小值，机械灵敏度取极大值时，两个方向偏移角度的关系曲线，为工程中微陀螺敏感结构的修型提供了一定的理论依据。
2019 Vol. 38 (7): 65-70 [
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71
各有一个线性项的两个新的混沌系统及其异结构同步
>鲜永菊1，夏诚1，钟德1，徐昌彪2
本文构建了两个新的三维自治连续混沌系统，其重要特点是它们均有线平衡以及一个线性项。分析了两个系统的平衡点、Lyapunov指数谱和分岔图等。借助于拓扑马蹄理论和数值计算，找到了两个系统的拓扑马蹄，并获得了拓扑熵。基于条件Lyapunov稳定性理论，采用主动控制同步法实现了两个系统的异结构同步。数值模拟和理论分析验证了所设计控制器的有效性。
2019 Vol. 38 (7): 71-76 [
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77
基于BP神经网络的FTS输出控制
>吕雪军，李国平，胡力，娄军强，吕俊智
针对压电伺服刀架系统存在着固有的灵敏度低和加工过程中的一系列振动等问题，采用神经网络优化算法，提出了一种新型压电伺服刀架位移输出控制技术。本文首先获得系统传递函数，继而探究其内部联系，最终输出PID闭环阶跃响应曲线。借助于PID控制器，采用BP神经网络算法实现对于该系统的闭环控制。实验结果表明：传统PID控制系统对刀架平台进行控制后，刀架平台输出位移误差降低，平均误差为0.1743 μm，达到稳态值时的响应时间为0.36s。而BP神经网络PID控制技术可以将平均误差缩小至0.1126 μm，响应时间大幅度减少为0.15s，相对于传统控制技术的响应速度、超调量等性能进行了显著改善，同时，综合考虑了具体控制过程中的可靠性。
2019 Vol. 38 (7): 77-85 [
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86
变步长频率加权能量算子在轴承故障诊断中的应用
>刘泽潮,林建辉,丁建明, 吴文逸
通过包络解调可以提取调制信号中的周期成分来实现轴承故障的早期诊断与预警。但在进行包络解调时，需要解调信号必须为单调幅调频信号，且解调效果容易受到其他干扰信号的影响。频率加权能量算子较包络解调具有更高鲁棒性，但频率加权能量算子在离散化时使用的中点平均差分方法对中心频率较低的调制信号进行解调时鲁棒性较差。因此变步长频率加权能量算子通过改变步长参数来增强其在中心频率较低时的鲁棒性。通过分析与试验验证表明，变步长频率加权能量算子在整个频带都具有较好的解调效果。变步长频率加权能量算子可以在信号未经分解的前提下实现不同共振频带的解调，所以具有更强的工程应用价值。
2019 Vol. 38 (7): 86-92 [
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93
测试真空中薄膜阵面自振特性的等代方法
>谢 忠 1,何艳丽 1，陈务军 2
大气环境下，空气产生的附加质量会大大折减薄膜阵面的刚度，致使薄膜阵面的自振特性与在实际真空工作环境中存在较大误差。基于针对真空中薄膜阵面动力特性进行试验验证，而开展真空测试试验仍然存在困难的实际情况，为忽略空气附加质量的影响，提出以大气环境下的网格膜等代真空中薄膜测试自振特性的方法。通过对比两者振动特性数值分析结果以及采用双轴张拉装置和非接触式位移动态采集设备进行试验验证，研究得到以大气环境下网格膜自振频率等代真空中阵面膜频率的结论公式。
2019 Vol. 38 (7): 93-98 [
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99
基于模态参数辨识的泵车臂架系统振动控制研究
>李建涛 1，2，邓华 1，姜圣 2，姜文君3
针对泵车施工过程中的臂架多种姿态进行数据分析，宏观分为3种典型姿态，通过有限元计算、试验模态参数辨识并对比验证，建立臂架典型姿态与模态频率关系库，结合数值拟合公式可快速计算任意姿态的模态参数；提出基于模态分析的共振规避和主动阻尼振动控制的臂架减振策略。同时在典型工况水平姿态下进行试验，验证了臂架振动控制策略的有效性。
2019 Vol. 38 (7): 99-104 [
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105
悬挂管柱正弦向螺旋屈曲转变时的临界载荷研究
>张强，蒋豹，崔巍，刘巨保，朱昱
悬挂管柱正弦向螺旋屈曲转变时的屈曲构型发生跳跃性变化，管柱与井筒存在接触和脱离等非线性力学问题。基于慢动力法，将悬挂管柱静力屈曲问题转换成动力学问题，建立了悬挂管柱上端受拉、下端受压的后屈曲分析有限元模型。研究表明，通过虚拟较大的阻尼比，能够有效地抑制管柱振动，可以计算出稳定的正弦屈曲和螺旋屈曲构型。当无量纲长度取8时，正弦向螺旋屈曲转变的无量纲临界载荷为4.11，螺旋屈曲构型中存在两个接触点，两接触点之间的螺旋角为77.9°，下接触点距井底的无量纲长度为1.30。本文摒弃了管柱屈曲挠曲线假设，得出了悬挂管柱螺旋屈曲的最小临界载荷，对扶正器安放位置设计具有实际意义。
2019 Vol. 38 (7): 105-111 [
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112
墩台沉降对桥上纵连板式无砟轨道线路动力影响
>徐庆元，张泽，方子匀，娄平，林青腾，李伟
本文基于耦合动力学理论，考虑纵连板式无砟轨道—桥梁系统各部件间非线性接触，建立高速列车—纵连板式无砟轨道—桥梁三维非线性有限元耦合动力学模型。运用建立的模型，研究高速列车在桥上纵连板式无砟轨道线路墩台不均匀沉降区段行驶时，墩台沉降对高速列车—纵连板式无砟轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响。研究结果如下：（1）墩台不均匀沉降对高速列车、纵连板式无砟轨道各部件振动特性有很大影响，但对桥梁振动影响相对较小；（2）墩台不均匀沉降对最大垂向轮轨力、扣件最大压力影响较小，而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响较大；（3）墩台不均匀沉降对耦合系统振动特性及无砟轨道动应力特性的影响不是简单的单调线性增加，而与墩台不均匀沉降引起的无砟轨道各部件间、无砟轨道与桥梁间局部脱空有关。
2019 Vol. 38 (7): 112-118 [
摘要
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119
加载速率对钢筋混凝土梁受剪性能影响的试验研究
>袁 健1，易伟建2
利用电液伺服试验系统，以位移控制的单调加载方式进行不同加载速率下18根钢筋混凝土梁受剪性能试验，加载速率分别为3.5×10-4m/s、3.5×10-2m/s和3.5×10-1m/s，主要考察加载速率对钢筋混凝土梁破坏模式和荷载—位移曲线的影响。结果表明，随着加载速率的提高，梁的破坏形态出现了从纵向受拉钢筋屈服前的剪切破坏向弯剪破坏的转变，裂缝分布也发生了改变；材料应变率效应是梁的受剪承载力随加载速率提高而增大的主要原因，而惯性效应可以忽略。结合国外学者完成的54根梁的受剪试验结果进行分析发现，剪跨比较小的梁的受剪承载力随加载速率提高而增大的现象比剪跨比较大的梁更显著，且受剪承载力增大幅度总体上随配箍率的提高而减小。
2019 Vol. 38 (7): 119-127 [
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128
基于CEEMDAN-云模型特征熵和LSSVM的磨机负荷预测研究
>蔡改贫,宗路,罗小燕,胡显能
针对球磨机磨矿过程中负荷难以检测和不能准确判断负荷状态的问题，提出了一种基于CEEMDAN-云模型特征熵和LSSVM的磨机负荷预测方法，用完整集成经验分解算法(CEEMDAN)对不同负荷的磨机振动信号进行分解，由相关系数法选取敏感模态分量重构信号，利用逆向云发生器计算重构信号的云模型特征熵作为信号的特征参数，运用正向云发生器生成云模型特征向量的云滴图，结果表明，欠负荷、正常负荷、过负荷之间的熵值差异很大，可以较好地区分和识别磨机负荷状态；将云模型特征向量作为最小二乘支持向量机(LSSVM)的输入，料球比、充填率为输出，建立磨机负荷预测模型；通过磨矿实验验证了该方法的有效性，模型能够准确预测磨机负荷状态。
2019 Vol. 38 (7): 128-133 [
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134
非均匀压电薄板面内自由振动的精确解
>刘宗民，张健，宋海燕
由于板面内振动频率一般远高于通常的激励频率，所以一百多年来面内振动的研究一直处于停滞状态。随着高速飞行器和高速舰船的快速发展，以及直线型压电超声电机的研制，板的面内振动问题逐渐成为当前工程领域研究的热点。本文假设压电材料参数沿厚度方向以同一指数形式变化，给出了非均匀压电薄板面内自由振动的基本方程。应用分离变量方法，对四边简支非均匀压电薄板的面内自由振动的精确解进行了研究，给出了不均匀系数与振动频率之间变化规律。最后，通过算例讨论了相关问题。
2019 Vol. 38 (7): 134-138 [
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139
多股簧非线性响应模型及其影响研究
>丁传俊，刘宁，张相炎
本文研究了不同多股簧响应模型对火炮自动机运行性能的影响。基于多股簧的静态、动态试验结果，使用参数辨识算法识别了多股簧双折线模型、修正归一化Bouc-Wen模型参数(BW模型)，并提出计及冲击端速度的广义修正归一化Bouc-Wen模型(广义BW模型)。基于气体动力学理论和热力学理论，建立了考虑身管和导气室热量散失的某导气式自动机的内弹道/导气装置耦合方程组。通过建立自动机有限元模型并将上述弹簧响应模型和耦合方程组代入计算，分析了不同弹簧响应模型对自动机传动框速度、位移和理论射速的影响。计算结果表明，双折线模型由于迟滞耗能过大、恢复力较低不足以使自动机传动框及时复进到位；BW模型和广义BW模型的自动机运动特性和理论射速比较符合实际；使用广义BW模型计算出的弹簧力大约是BW模型的1.336倍，因此其理论射速高于BW模型。
2019 Vol. 38 (7): 139-145 [
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146
渡槽排架结构人工激励模态试验分析
>顾培英1,2，邓昌1,2，王岚岚1,2，汤雷1,2，王建1,2
开展渡槽排架单向单输入多输出SIMO法、双向多输入多输出MIMO法人工激励模态试验，选用特征系统实现法识别纵向、横向、双向模态参数，结果表明，单向SIMO法稳定图绝大多数谱峰明显、模态识别效果较好，纵向模态比横向丰富、识别效果好；双向MIMO法纵向谱峰大多数明显，横向除双向第2阶(即横向第1阶)谱峰明显外，其他基本很小，尤其是横向模态频率接近纵向时，甚至无谱峰，只识别出纵向模态；排架结构以排架柱弯曲振动为主，纵向低阶、高阶模态横梁分别以平动或转动刚体振动、弯曲振动为主，横向模态横梁为平动或不动刚体振动；两种方法识别出的模态频率误差较小，模态阻尼在正常范围，但双向MIMO法部分横向模态未能准确识别。从识别精度、试验工作量及操作便捷性而言，排架结构人工激励模态试验选择单向SIMO法优于双向MIMO法。
2019 Vol. 38 (7): 146-154 [
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155
球形储罐考虑储液晃动时的简化动力学模型基本理论
>吕远1,孙建刚2,孙宗光1,崔利富2,王振2
为了更加真实地反应球形储罐在地震动作用时的液固藕联振动动力响应，采用速度势刚性理论，根据边界条件推导出合理的势函数，进一步求出球形储罐在地震动作用时的动液压力、储液晃动波高、支承底部剪力及倾覆弯矩表达式，并分析了不同截断数 及球罐半径 对各参量的影响。将本文推导的晃动分量系数和晃动频率与Lazaros值作对比，两者十分接近，验证了本文推导过程的正确性。构建了便于工程应用的球形储罐考虑储液晃动简化动力学模型，分、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类场地进行了地震动响应研究并与有限元数值仿真模拟计算结果进行对比，有限元解与理论解十分接近，且理论解均值均大于有限元解均值，计算结果偏于安全，进一步佐证了本文所构建的简化力学模型的准确性及可靠性。
2019 Vol. 38 (7): 155-164 [
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165
柔性机械臂残余振动控制
>杜严锋，王聪
为了对柔性机械臂运动后的残余振动进行控制，对柔性机械臂系统建立了一次近似刚柔耦合动力学模型，并得到了柔性机械臂在非惯性系下的刚柔耦合动力学模型，当柔性机械臂为三角形和梯形运动规律时，针对不同的运动参数对系统振动变形情况进行了仿真。仿真结果表明，当系统的减速时间相对系统一阶振动周期较小时，系统运动停止后残余振动的幅值较大，当系统的减速时间等于系统一阶振动周期时，系统的残余振动得到了很好地抑制。当减速时间不变，系统的残余振动随着匀速转动时间的变化而波动变化，系统的匀速转动时间为系统一阶振动周期的四分之一时，系统残余振动达到局部极小。
2019 Vol. 38 (7): 165-171 [
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172
基于惯性测量的输电导线覆冰运动特征提取
>杨金显1，晁丽君1，李双磊2
为识别输电线路的覆冰运动及其运动特性并进行有效阻尼控制，提出一种基于微惯性测量系统(Micro inertial measurement system，MIMS)的多维时间序列特征提取方法。首先设计一种MIMS测量节点，采集输电导线运动时三轴加速度和角速度的原始信号，对原始信号进行预处理并建立多维时变测量矩阵；然后对相关系数矩阵进行奇异值分解，计算加权特征矩阵作为导线运动幅值和频率的识别特征，采用近邻分类法对覆冰运动进行识别并通过相关分析估计覆冰导线幅值和频率变异程度；最后构建输电网络覆冰运动模拟实验系统，采集不同运动形式的MIMS信号按照本文算法处理，并将三种运动形式特征进行比较。实验结果表明所提算法能够识别输电线路覆冰运动并进行幅频估计，可为输电线路的运动阻尼控制器的设计提供参数。
2019 Vol. 38 (7): 172-178 [
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179
双激振电机驱动旋转振动筛系统的同步理论研究
>侯勇俊1，谭海军1，方潘1,吴先进2,蒋瑞2
旋转振动筛广泛用于矿业、农业生产等领域。其具有效率高、密封性好、可连续作业和体积小等特点。基于这些特点，提出了旋转振动筛系统的简化物理模型。首先用拉格朗日方程建立了旋转振动筛系统的空间运动动力学方程，引入无量纲参数，然后将动力学方程转化为无量纲方程，利用拉普拉斯变换对该方程求解，得出该系统在各个自由度方面的响应。然后利用庞加莱法和中心流形定理推导出系统的自同步平衡方程和稳定性准则。最后通过数值仿真和机电耦合仿真相互印证其理论的正确性。
2019 Vol. 38 (7): 179-185 [
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186
基于Stewart平台的隔振与抑振协同控制研究
>王嘉铭，孔永芳，黄海
Stewart平台常被选作卫星本体和精密载荷之间的连接和隔抑振装置，但现有基于Stewart平台的控制方法无法实现宽带隔振与抑振协同控制，针对此问题，提出了一种自适应滤波与Skyhook相结合的控制方法，其中自适应滤波控制可实现隔抑振协同控制，但平台小阻尼比特性会对其稳定性产生不利影响，故引入Skyhook作为控制内环以增加主动阻尼。实验结果表明，当平台的上、下平板同时受到扰动时，上平板在6-50Hz频率范围内加速度响应的衰减可达12dB以上，验证了宽带隔振与抑振协同控制的有效性，且与单独的自适应滤波控制相比，所提出的方法具有更好的稳定性。
2019 Vol. 38 (7): 186-194 [
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195
基于最优型确定性测量矩阵的振动信号数据压缩采集方法
>郭俊锋，党姜婷
针对目前机械振动信号频带越来越宽，依据奈奎斯特采样定律进行数据采集时，会得到海量的振动数据，对存储、传输和处理带来困难的问题，结合压缩感知理论，提出了一种基于最优型确定性测量矩阵的振动信号数据压缩采集方法。该方法的核心内容为测量矩阵的设计：首先，以托普利兹（Toeplitz）矩阵为基础，建立正交对称托普利兹（Orthogonal Symmetric Toeplitz, OST）测量矩阵模型；其次，为了降低测量矩阵与稀疏基之间的互相干性，应用阈值迭代收缩算法对该矩阵进行迭代，得到改进的OST矩阵；最后，为了提高OST矩阵自身列独立性，采用奇异值分解（Singular Value Decomposition, SVD）算法继续优化OST矩阵，从而得到最优型确定性矩阵。仿真实验结果显示，提出的最优型测量矩阵与Toeplitz矩阵、高斯矩阵及优化前的OST矩阵相比，在重建振动信号时，重建精度较高，并且易于工程实现。
2019 Vol. 38 (7): 195-203 [
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204
Galerkin法求解弹性边界条件下圆板的流-固耦合振动特性
>陈美霞，姚仕辉，谢坤
用干圆板振型作为基函数将圆板位移展开为级数形式，采用速度势函数描述流体运动，研究了弹性边界条件下圆板的流-固耦合振动特性。根据圆板的平衡微分方程和流-固耦合界面的速度连续条件，结合Galerkin法和Fourier-Bessel级数展开法，建立了系统的控制方程。求解了流体中圆板的固有振动特性，并将计算结果与数值仿真结果进行对比，验证了方法的正确性。通过改变弹簧刚度，分析了几种常见边界条件下圆板的振动特性，结果表明，自由和导向边界圆板的振型受流体的影响较小。研究了流体深度对圆板振动特性的影响，结果表明，当深度大于1.5倍圆板半径时，流体深度的改变对于圆板自由振动的影响可以忽略。
2019 Vol. 38 (7): 204-211 [
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212
基于粗糙表面分形表征新方法的结合面法向接触刚度模型
>孙见君，张凌峰，於秋萍，嵇正波，马晨波
如何有效预测结合面的接触刚度，是机械结构设计研究的一个重要课题。结合面接触刚度模型主要分为基于统计学特征参数的和基于分形参数的两类。前者依赖于粗糙表面形貌的测量尺度，后者与测量尺度无关。然而，多数研究者在利用分形理论进行建模时，以对应于微凸体接触面积a的尺寸l=a1/2作为微凸体基底尺寸描述微凸体初始轮廓，给出了错误的微凸体变形机制和结合面接触刚度模型。本文提出了一种基于D、G和最大微凸体高度的粗糙表面轮廓分形表征新方法，探讨了微凸体接触变形机制，建立了与测量尺度无关的粗糙表面接触力学分形模型，揭示了接触刚度的变化规律。研究表明：接触载荷可用表达式Fc=F (E, D, G, h, aL)描述；当结合面上的接触压力小于其屈服强度时，无论微凸体发生何种变形，结合面均因存在有弹性变形的接触点而具有一定的法向接触刚度。
2019 Vol. 38 (7): 212-217 [
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218
机械侵入荷载下格栅用于防护柔性埋地管道的试验研究
>王嘉勇1, 肖成志1, 2, 何晨曦1
针对机械侵入荷载下格栅防护柔性埋地管道开展了室内模型试验，综合分析了筋材长度、埋深、间距和层数等参数对加筋效果的影响。试验结果表明：采用格栅防护埋地管道效果良好，模拟机械的钢板侵入体与格栅接触初期，加筋防护效果最为突出；当管道埋深相同且铺设一层筋材防护时，格栅长度由3D(D为管道外径)增至4D或将埋深u由0.5D增至D，钢板侵入相同深度时所需荷载分别增加了9.01%和11.8%，表明增加筋材长度或埋深可有效提高钢板侵入难度；筋材层间距较小时，筋材抵抗侵入荷载的作用良好；管道变形以垂直径向压缩为主，侵入荷载相同时，筋材层数越多，管道变形越小；钢板侵入体从管道正上方贯入时其两侧挤土效应显著，管道环向应变分布规律为管肩(30°~90°、270°~330°)受压，管顶(0°)和管底附近(135°~225°)受拉。
2019 Vol. 38 (7): 218-223 [
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224
露天边坡爆破地震波能量分布特征研究
>张声辉1，刘连生1,2，钟清亮1，邱金铭3，钟文1,2
为探索爆破地震波在边坡上传播时的能量分布规律，结合露天矿爆破振动监测实例分析，利用小波变换分解及反应谱分析的方法，对不同高程的爆破振动信号在各频带间的能量分布特征进行了研究。结果表明：爆破振动信号的能量主要分布在0～64Hz，各信号的切向、垂向、径向主振频带不同，水平方向的主振频带几乎都比竖直方向的主振频带低一个频带；随着高程的增加，爆破振动信号能量主要分布频带逐渐变窄，主振频带趋向于低频带；在节理裂隙发育的岩体中，爆破地震波频率成分复杂，相对能量主要分布频带变宽，是由于裂隙发育岩体结构的多振型对其响应的结果。在既定的坡形中，边坡爆破地震波的振动速度与能量存在一定的高程放大效应，频带间能量的放大系数存在差异，主要与不同高程的信号各频带间的相对能量分布特征变化有关；不同的结构体对爆破地震波的选择放大作用不同，相同的结构体对不同传播方向的爆破地震波的选择放大作用也存有差异。
2019 Vol. 38 (7): 224-232 [
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233
竖向TMD用板式电涡流阻尼器磁路对比分析
>汪志昊，李国豪，周佳贞，田文文，郜辉
为提升竖向TMD用板式电涡流阻尼器（PECD）的耗能效率，首先分别开展了典型竖向电涡流TMD样机的阻尼性能测试与有限元仿真分析，然后基于相邻永磁体有效耦合率性能指标，采用三维电磁场有限元分析方法分别优化了外置式与内置式PECD的磁路设计，并对比分析了各磁路的耗能效率、耐久性与占用空间等。研究结果表明：提出的相邻永磁体有效耦合率可以很好地表征永磁体相互作用对PECD等效阻尼系数的影响程度，有助于指导磁路优化设计；外置式与内置式PECD磁路优化设计方案在相邻永磁体磁极布置、水平与竖向适宜间距等方面均存在较大差别；各最优磁路永磁体用量一定时，内置式PECD的等效阻尼系数略低于外置式PECD（附加导磁钢板），但远高于外置式PECD（无导磁钢板）；装配内置式PECD的竖向TMD结构相对紧凑，且耐久性也相对较高。
2019 Vol. 38 (7): 233-239 [
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240
单坡光伏车棚风洞试验研究
>李寿科，刘智宇，张雪，方湘璐，高闻靖，孙洪鑫
对屋面倾角10°、20°和30°的单坡光伏车棚进行缩尺刚性模型测压风洞试验，研究倾角和有无停车对屋面整体体型系数、平均风压系数、极值风压系数和局部块体型系数的影响规律，与当前国家规范取值进行比较。结果表明，单坡光伏车棚上半区屋面主要承受风吸力作用，下半区屋面主要承受风压作用，最不利整体风荷载试验值比规范取值小20%左右；屋面整体平均风荷载和屋面各分块承受的风荷载随屋面倾角的增大而增加，上屋檐角部分块为最不利风吸力发生位置，下屋檐角部分块为最不利风压发生位置；停车会增大上半区屋面风吸力约10%，减小下半区屋面的最不利风压作用约70%。
2019 Vol. 38 (7): 240-245 [
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246
空间站柔性太阳电池翼模态分析及基频优化
>臧 旭1，2，吴 松2，郭其威2，唐国安1
空间站柔性太阳电池翼机构环节多，展开长度长，具有低频、频率密集、静态变形大等特点。以我国空间站柔性太阳电池翼为对象，建立电池翼有限元模型，通过在张紧机构上施加温度应力实现柔性阵面张紧力模拟，采用线性初值加非线性迭代修正两步法获取满足张力设计要求的温度变化。同时基于非线性静力分析获取的柔性阵面张紧状态刚度矩阵，开展柔性电池翼模态分析，并给出张紧力及伸展机构屈曲载荷与整翼基频的关系。
2019 Vol. 38 (7): 246-250 [
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251
基于电磁感应的金属板轴向在役加载装置
>张闯1,2,王标1,2,李乘风1,2,刘素贞1,2,杨庆新1
为了准确测试金属材料在实际工作环境中的力学性能，提出一种基于电磁感应原理的金属板轴向在役加载方案。设计了用于金属板材结构的电磁加载装置和基于电容充放电原理的脉冲激励电源。通过有限元仿真分析了本装置对铝板的加载效果，得到了均匀分布的单轴应力。搭建了电磁加载实验平台，并采用超声应力检测方法对所产生电磁力进行了测量。实验测量结果与仿真结果相吻合，验证了本方案的可行性，实现了金属板材单轴应力的快速、原位加载。
2019 Vol. 38 (7): 251-256 [
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257
植保机械用泵稳压气室隔膜变形特性研究
>吴姝,宋俊伟,魏新华,蒋斌,沈雪金
针对植保机械类用容积泵稳压气室工作过程，为丰富其稳压气室设计理论进而解决稳压气室与隔膜泵液体之间隔膜寿命不足的问题，本文以ZMB240型活塞式隔膜泵为研究对象，建立简化的隔膜泵三维有限元分析模型，在Workbench平台下的FSI模块，对稳压气室在初始压强分别为0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa和0.7MPa工况下进行双向流固耦合分析，监测橡胶隔膜一个周期内隔膜最大位移和等效应力变化情况。仿真结果表明：隔膜变形量随稳压气室初始压强的增加反而减少，不同初始压强下隔膜变形量均在时间t=0.0318s达到最大；一个运动周期内隔膜应力脉动幅度很大，最大应力约为最小应力的4倍，隔膜端部边缘为应力集中区域。通过本文的研究以期得到模拟稳压气室隔膜运动中应力和位移变化的合理数值模拟方法，以指导稳压气室隔膜设计，进一步为隔膜泵稳压气室设计提供参考。
2019 Vol. 38 (7): 257-263 [
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264
以废弃铺路砖为骨料的再生混凝土大空心剪力墙抗震性能试验研究
>沙东1，孙建刚2,3，潘宝峰1，王振2，崔利富2
进行了废弃铺路砖骨料物理性质试验、以废弃铺路砖为骨料的再生混凝土基本力学性能试验，并研究了掺入聚丙烯纤维和粉煤灰后对其力学性能的影响。在此基础上提出了再生混凝土大空心剪力墙的设计思想，并对装配式再生混凝土大空心剪力墙进行了拟静力试验、有限元模拟以及内力计算，分析了以废弃铺路砖为骨料的再生混凝土大空心剪力墙的承载力、破坏形态、滞回特性、刚度及其退化过程、延性、耗能能力等。结果表明：随着聚丙烯纤维的加入，再生混凝土的基本力学性能值都有了一定的提高。以废弃铺路砖为骨料的再生混凝土大空心剪力墙具有较高的承载力与抗震性能。而且大空心剪力墙的理论计算结果、有限元模拟结果均与试验结果符合较好。
2019 Vol. 38 (7): 264-276 [
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