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2019年 38卷 15期
刊出日期：2019-07-28
论文
论文
1
双转子-中介轴承系统非线性振动特性
>高朋1，侯磊1, 2，陈予恕1
针对航空发动机双转子-中介轴承系统建立了简化动力学模型，考虑了中介轴承分数指数非线性、径向游隙和参数激励等非线性因素，以及高低转子系统的双频不平衡激励。采用数值积分方法求解获得系统的非线性振动响应，发现高低压转子分别通过系统一阶临界转速时引起的主共振附近转速区域内均存在振动突跳和双稳态现象，并分析了偏心距、转速比、中介轴承刚度、滚子数目及径向游隙对系统振动突跳与双稳态特性的影响。结果表明：减小转子偏心距能有效降低相应的共振峰峰值并抑制振动突跳行为，但双稳态区间会变宽；提高高低压转子的转速比将引起两个共振峰间距变大，但共振峰对应的转速之比约等于转速比；在一定范围内增大中介轴承刚度、增加滚子数目或减小径向游隙均可使双稳态区间变窄。研究成果有助于认识中介轴承的本质非线性特性对双转子系统非线性振动特性的影响，为提高航空发动机转子系统的运行稳定性提供了一定的理论指导。
2019 Vol. 38 (15): 1-10 [
摘要
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11
SADBN及其在滚动轴承故障分类识别中的应用
>杨宇 罗鹏 甘磊 程军圣
传统的智能诊断方法一般都是基于“特征提取+分类器”模型，其核心在于特征值的提取以及分类器的设计。针对不同的诊断对象，通常需要根据先验知识提取不同的故障特征值，这必将给最终的诊断结果带来诊断误差；与此同时，传统的分类器一般使用浅层模型，这使得其难以表征信号与装备运行状况之间复杂的映射关系。作为深度学习算法典型代表之一的深度信念网络（Deep Belief Network，DBN），可以直接从原始信号中提取特征并具有深度学习能力，因而已受到越来越多研究者的关注。但是DBN依然存在网络结构需要人为设定的缺陷，这也限制了DBN在工程实际中的应用。为解决DBN网络结构难以确定及如何提升其在工程实际应用中的诊断效率问题，本文提出了一种新的深度信念网络，即结构自适应深度信念网络（Structure Adaptive Deep Belief Network，SADBN）。与DBN相比，SADBN可以自适应地确定网络结构，有效提高诊断效率。对滚动轴承故障振动信号的分析结果表明了改进网络的有效性。
2019 Vol. 38 (15): 11-16 [
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17
非零奇异值数量的理论分析及其在滑动轴承-转子振动特征提取应用
>杨期江1，赵学智2，汤雅连3，李伟光2，滕宪斌1，郭明军1
首先实验分析了Hankel矩阵下非零奇异值数目与信号中的频率个数成两倍的数量关系，验证了奇异值成对出现规律，当构造的m×n的Hankel矩阵行数与列数充分接近时，信号中同一频率下的两个非零奇异值会紧密排列在一起。根据Hankel矩阵的构造方式，从理论上证明了非零奇异值与频率之间的数量关系规律：对于一个含有固定频率数目的确定性信号，利用其构造m×n的 Hankel 矩阵，当矩阵维数大于信号中频率个数的两倍之后，非零奇异值数目始终是与频率个数成2倍的数量关系，且非零奇异值数目是与幅值和相位无关的。将Hankel矩阵下非零奇异值的这一规律应用于旋转机械中的滑动轴承-转子振动信号的特征提取，实现了对转子不对中故障轴心轨迹的准确提纯。
2019 Vol. 38 (15): 17-26 [
摘要
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27
基于模糊C均值聚类和转子轴心轨迹特征的转子状态诊断
>温广瑞1,2,3，陈征1,2，张志芬1,2
针对现有轴心轨迹特征用于转子故障程度判别识别精度低、效果差的问题，论文提出一种基于轴心轨迹象限信息熵的轴心轨迹特征提取新方法。该方法将轴心轨迹按象限划分为四个区域，分别计算四个区域的信息熵作为故障特征，然后使用模糊聚类进行故障模式识别和故障程度判别。论文通过分析网格划分程度对于聚类效果的影响，确定了象限信息熵获取过程中关键参数的确定方法，进而通过聚类中心初始化，改善了模糊C均值算法聚类效果不稳定的问题。通过在实验台进行不同故障不同程度的故障模拟实验，将文中提出的新指标与现有轴心轨迹特征进行对比，结果表明本文提出的方法在识别效果和数据可视化方面表现卓著，为后期进行实时状态监测和故障精密诊断提供了新的思路。
2019 Vol. 38 (15): 27-35 [
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36
改进TrAdaBoost多分类算法的滚动轴承故障诊断
>陈仁祥1,2，陈思杨1，杨黎霞3，徐向阳1，董绍江1，唐林林1
实际工程中滚动轴承受工况、运行环境等因素影响，获取的数据不易满足传统机器学习中训练数据和测试数据独立同分布且训练样本足够多的条件，直接影响故障诊断率。为此，提出一种改进TrAdaBoost多分类算法的滚动轴承故障诊断方法。首先，引入大量辅助标记数据和少量目标标记数据组成联合训练集使训练样本足够多，并应用异分布加权随机抽样对TrAdaBoost迭代过程中的联合训练集进行重组，获得与测试集“近似同分布”的优化联合训练集，降低不同分布数据间的差异性。其次，将迭代结束后的内部分类器模型作为输出，从而改变TrAdaBoost的输出机制使其适应多分类任务。最后，为削弱随机抽样对诊断结果的影响，对多次抽样得到的结果进行一致性投票以得到最终诊断结果。实验结果证明了所提方法的可行性与有效性。
2019 Vol. 38 (15): 36-41 [
摘要
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42
领扩眼钻具间钻铤数量对随钻扩眼钻进特性的影响研究
>祝效华1，李明月1，戴黎明2
针对横向振动引起的扩眼器过早失效、钻进速度缓慢等问题，基于弹塑性力学和岩石力学，以Drucker-Prager准则作为岩石的屈服准则，建立钻具-岩石互作用非线性动力学有限元模型，分析了领眼钻头和扩眼器之间的钻铤数量对钻进时领扩眼钻具的钻压分配、横振强度和机械钻速的影响。研究表明，在领扩眼钻具间连接适当数量的钻铤能够有效减小扩眼钻压的占比、降低扩眼器的横振强度、提高钻进效率；将扩眼器设计在中和点下方并使其远离中和点，有利于降低扩眼器失效的风险；在本文工况下进行随钻扩眼时，领扩眼钻具间的最佳钻铤数量为3根。研究结果对随钻扩眼钻具组合设计和扩眼器寿命的提高具有一定的指导意义。
2019 Vol. 38 (15): 42-48 [
摘要
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49
静钻根植竹节桩竖向动力响应研究
>王奎华1,2，肖 偲1,2，高 柳1,2，吴君涛1,2
基于桩周土径向非均质的平面应变模型，研究静钻根植竹节桩的纵向振动桩顶响应问题。首先，使用剪切复刚度传递方法，得到桩侧剪切复刚度；同时，根据桩身竹节特性，将桩土体系沿纵向划分为有限个微元段，同时并采用虚土桩模型模拟桩底土对桩端的支承作用；然后，利用拉普拉斯变换和阻抗函数递推方法，同时考虑到桩身的横向惯性效应，得到桩顶阻抗函数；在此基础上，利用卷积定理和傅里叶变换，求得瞬态激振力作用下桩顶速度响应的半解析解；在此基础上，对本文解进行了合理性验证，与退化解和工程实测曲线进行了对比。最后，分析了竹节半径和间距、桩周水泥土参数及其渗透区域范围、水泥土纵向不均匀性等因素对桩顶动力响应的影响，提出了在静钻根植竹节桩低应变完整性测试中应该注意的相关问题。
2019 Vol. 38 (15): 49-56 [
摘要
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57
多跨连续梁桥多子结构协同混合试验方法研究
>杨剑峰，田石柱
针对混合试验中的数值积分方法进行了研究，提出基于Newmark-β法的预测-几何修正算法（P-GC）。算法采用过程刚度进行子结构边界位移预测，通过几何修正方法找回所丢失的预测位移增量值。依托P-GC算法开发多跨连续梁桥多子结构协同混合试验系统。最后通过某实际多跨连续梁桥进行数值模拟试验验证，结果表明基于P-GC算法的多子结构协同混合试验方法能够有效的模拟桥梁结构的地震响应以及多个子结构的非线性行为。
2019 Vol. 38 (15): 57-64 [
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65
几种典型复合材料板振动特性综合对比分析及设计规律研究
>刘建良1，梅志远1，唐宇航2，张焱冰1，张建设3
为探究复合材料可设计参量对板格振动特性的影响规律，以玻璃钢板为设计基准，针对碳/玻混杂、橡胶格栅夹层、浮力材料格栅夹层等3种典型复合材料板方案，开展了固有频率和振动加速度振级特性的仿真分析和模型试验研究。研究结果表明，等厚度的碳/玻混杂板和玻璃钢板质量相当，碳/玻混杂板具有较好的振动抑制特性；格栅夹层板振动特性主要受芯材性能影响，浮力材料格栅夹层板刚度质量比最大，对测试频段内（0~2KHz）振动都有较好的抑制作用，而橡胶格栅板对更高频段（>2KHz）振动抑制效果较好，因此在芯材选择时应选用高阻尼、刚度与格栅想接近的材料；20mm等厚度的碳/玻混杂板振动响应略低于浮力材料格栅夹层板。以上结论可为复合材料板结构应用选型提供依据。
2019 Vol. 38 (15): 65-72 [
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73
风速时间序列模拟的模型有效性验证及代表性风场实例分析
>马赛，褚福磊
在风力发电场的合理选址以及风力发电机组的结构设计阶段，能量谱与功率谱模型对于风力发电机组的系统方案有着直接的影响，特别是在具体结构设计阶段选取恰当的功率谱模型是至关重要的，但目前对具体模型的选择依据尚不明确。针对能量谱与功率谱两种重要的风速数据分析模型，本文以国内五处地区代表性风场的全年风速测试数据为基础，进行了能量谱与功率谱的分析，从分析结果中得出了如下两个结论：(1)我国东南沿海地区风场的风力资源最为丰富，其有效风能密度区(200w/m2-400w/m2)持续时间最长；北部地区风场的风力资源也较为丰富，且在高风能密度区(>500 w/m2)具有一定优势；对于主要风力资源集中在低风能密度区(<200 w/m2)的部分地区风场，在风力发电设备选型时应该有针对性的进行结构设计，实现低速风力资源的高效利用。(2)对于具体风场的风速模型选择准则给出了实例验证与建议：Mann功率谱模型表现出与各风场实测数据良好的一致性，应该在进行结构设计时作为主要备选。
2019 Vol. 38 (15): 73-79 [
摘要
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80
平面P波入射半无限介质内运动空间特征研究
>何卫平 1, 2,周宜红 1, 2
针对地震动空间差异问题，采用波动力学与叠加原理相结合的方法研究地震动的空间特征。分别以平面P波在半无限介质内垂直和倾斜入射为例，研究入射波和反射波叠加形成的质点运动空间特征。研究结果显示：以地震波形成质点运动的叠加模式为依据，半无限介质可划分为叠加区和分离区。在叠加区，入射波和反射波由于地震波组合效应对质点运动的持时、峰值以及时程形状产生影响；在分离区，入射波和反射波对质点运动的贡献在时域表现分离特征。地震波叠加模式引起的地震动空间差异较明显，研究地震波叠加模式对地震动空间特征的影响具有重要意义。
2019 Vol. 38 (15): 80-86 [
摘要
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87
CLEAN-SC波束形成声源识别改进
>褚志刚1,2，余立超1，杨洋1，富丽娟2，陈旭2
CLEAN-SC波束形成声源识别方法计算速度快、成像干净清晰、结果准确度高，但当传统延迟求和算法在各声源处输出的主瓣严重融合时，亦无法准确分辨声源。造成该缺陷的原因为：主瓣严重融合时，CLEAN-SC所基于的延迟求和输出峰值所在聚焦点即为声源点的假设不成立。从源相干性角度，若某聚焦点处的延迟求和输出主要由某声源贡献时，该聚焦点可标示该声源，即基于该聚焦点的位置及强度信息可重构该声源在各传声器处产生声压的互谱矩阵。鉴于此，本文以CLEAN-SC识别的声源为初值迭代寻找正确的声源位置及强度，每次迭代中，最小化其余声源与某一声源的波束形成贡献的比值为每个声源选择标示点，根据标示点更新声源。仿真及试验均证明：所给方法比传统CLEAN-SC具有更高分辨率，使近距离低频率声源的准确识别变得可行。
2019 Vol. 38 (15): 87-94 [
摘要
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95
地震作用下辅助墩对斜拉桥支座脱空的影响
>李永兴，易江，李建中
强震中斜拉桥支座通常会受到主梁较强的上拉作用，有时甚至会发生支座脱空的现象。本文以一座实际的双塔斜拉桥为背景，研究了地震作用下斜拉桥的支座脱空现象以及辅助墩对斜拉桥支座脱空的影响。结果表明，在强震作用下该桥在过渡墩、辅助墩和主塔处均会出现支座脱空现象，具体表现为：主梁出现明显的竖向位移，当梁体与支座再次接触时产生较大的支座碰撞力；当斜拉桥两侧不设置辅助墩时，主梁的竖向位移和支座压力均较大；斜拉桥两侧各增设一辅助墩能够显著地降低地震作用下主梁的竖向位移及主梁与支座的碰撞力，但是随着辅助墩数量的持续增加，支座竖向反力和主梁竖向位移变化幅度不大；同时，提高辅助墩的成桥压力也能够在一定程度上降低支座脱空的不利影响。
2019 Vol. 38 (15): 95-102 [
摘要
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202
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103
上海市典型高层建筑结构基本自振周期测试与回归分析
>闫培雷，孙柏涛
高层建筑的基本自振周期是十分重要的结构动力特性，通过对特定结构形式的高层建筑进行现场测试，归纳总结一定规律，给出结构自振周期经验公式，可快速估算结构的动力特性及其承受的地震作用和风荷载。本文基于上海市9幢典型高层建筑的动力性能现场测试数据，识别了结构的基本自振周期并进行了统计分析；针对现行规范中有关高层框架—剪力墙结构的基本自振周期经验公式是基于高度在50米以下的结构实测数据拟合而成的现状，给出了高度在30m-130m之间的结构在水平纵横两个方向上的基于结构高宽比的基本自振周期经验公式；首次给出了高度在90m-190m之间高层框架—核心筒结构在水平纵横两个方向上基本自振周期经验公式。本文给出的公式可供结构设计人员在高层建筑的初始设计阶段参考使用，该公式是对我国《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)的补充和完善。
2019 Vol. 38 (15): 103-108 [
摘要
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109
城轨沿线地面环境振动响应的半解析有限元求解
>崔高航1，欧阳浩然1，陶夏新2，M Shamim Rahman3
采用半解析有限元法建立了列车-轨道-地基土相互作用模型，通过线性赫兹关系考虑列车模型与轨道模型之间的动力相互作用，再通过动力平衡将轨道模型与地基土模型进行耦合；随后在轨道不平顺的激励下，计算列车沿线运行产生的地基反力；然后，将此力作为由有限元软件ABAQUS建立的求解轨道沿线环境振动模型的输入，求得列车通过时引起的沿线场地的环境振动；最后，利用北京某城轨线路区间站之间的环境振动观测数据对计算结果进行验证，证明了所建立的计算方法是有效的。这套计算方法具有一定实用价值可用来评估现有线路的环境振动，也可用来规划新修建线路附近场地的环境振动。
2019 Vol. 38 (15): 109-114 [
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115
三维防热振动连接边界及试验技术研究
>韩文龙，逯志国，胡彦平，卫国，张群
地面三维热振试验能够有效模拟飞行器自由飞状态时的真实载荷环境，因此三维热振试验技术的研究尤为关键。本文设计并搭建了一种能够同时满足结构刚度、传力以及具备长时间隔热特性的三维防热振动试验系统。依据三维防热振动连接系统几何模型及试验状态建立其结构有限元模型，并根据试验结果对有限元模型的连接边界进行多次设置和调试，最终通过对试验及模态仿真结果分析，确定了三轴铰接振动边界具体连接形式，证明此种边界连接形式能够最大限度的模拟产品在天上的自由飞行状态。调研并验证了接触式高温加速度传感器性能，并对高温区及常温区的三维控制方式进行了对比研究，在国内首次突破了采用高温加速度传感器在高温区进行多维振动试验控制的技术难题，并在国内率先实现了三维热振试验的有效工程应用。
2019 Vol. 38 (15): 115-120 [
摘要
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121
轴力作用下局部加厚T型管节点抗冲击性能试验研究
>崔安稳，曲慧，丛静岚
试验完成了1个未加厚和3个局部加厚的T型管节点的抗冲击性能研究。试验过程中考虑了局部加厚区的加厚壁厚Tc和加厚区的长度Lc对局部加厚T型管节点抗冲击性能的影响。试验结果表明：试件局部加厚可以提高节点域截面抗弯刚度，减小局部凹陷变形，使塑性绞线外移；提高节点受冲击初始阶段耗能能力和荷载-位移曲线平台段的耗能比例，避免节点域吸收大量能量，提高节点抗冲击能力，有效地保护了节点。研究结果为进一步探索局部加厚节点动态抗冲击承载力提供了参考。
2019 Vol. 38 (15): 121-126 [
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127
一类电磁式薄膜振动能量采集器动力学建模与非线性分析
>王志霞1,2，王炜 1,2，张琪昌1,2
将柔性薄膜和磁铁弹簧相结合，借助振子的阱间运动特性，创新性地设计了一类具有双稳态形式的电磁式振动能量采集器。对系统中的主要非线性因素（具有中心质量的薄膜振子大变形以及非线性形式的磁场力）进行了全面的分析，进而结合虚功原理建立了系统的振动控制方程。采用理论、数值模拟和实验等手段进行了动力学分析，证明了控制方程的准确性，也验证了双稳态所表征的阱间运动能够有效地拓宽结构的工作带宽、提高输出功率。研究结果对于类似柔性体结构多稳态能量采集器的设计、优化，理论分析都提供了可供借鉴的参考依据。
2019 Vol. 38 (15): 127-133 [
摘要
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134
基于叠加和频谱分析的电子雷管延期时间研究
>龚 敏，石发才，吴晓东
为了确定电子雷管的最佳延期时间，在莲塘超小净距隧道电子-导爆管雷管混合爆破中，通过MATLAB编程对爆破振动波形进行了分析。首先，用四种不同的奇异性检测法对雷管的实际起爆时刻进行了识别，继而从整个波形中截出单孔波形。其次，对截出的每个单孔波形进行线性叠加分析和频谱分析，重点讨论了合成波形振速峰值最小、较小和最大时对应的延期时间和主周期间的联系。研究表明：①对于雷管起爆时刻的识别，小波变换模极大值法和EMD识别法较瞬时能量法和时能密度法精确，但是前两者存在选择最佳变换尺度和IMF主成分分量的主观过程。②合成波形振动峰值最小、较小和最大时对应的延期时间与单孔波形主周期间存在紧密的联系。当延期时间为主周期的0.4~0.7倍、1.4~1.7倍和2.4~2.7倍时，合成波形峰值振速最小或较小，说明错相减振是可行的。当延期时间为主周期的0.9~1.2倍时（除延期时间为1ms的情况外），合成波形峰值振速最大，各单孔波形叠加增强。此次分析中，电子雷管的最佳延期时间确定为6ms。③同一场地同一方向上的单孔波形主频基本不变，而在不同方向上有所不同。
2019 Vol. 38 (15): 134-141 [
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142
模态识别的Bayesian TDD-FFT法及其应用
>吴杰，徐洪俊，张其林
针对Bayesian FFT（Fast Fourier Transform）在多自由度下的病态Hessian矩阵求逆和模态参数不确定性评估问题，提出了Bayesian TDD-FFT模态方法。首先，提出Bayesian TDD（Time Domain Decomposition）方法，将多测点多自由度信号转变为单测点单自由度信号；然后，结合Bayesian FFT和蒙特卡罗方法获取模态参数的最佳估计和后验概率分布，进行不确定性分析，并通过数值模拟验证了Bayesian TDD-FFT法的有效性；最后，基于上海中心大厦实测数据，通过对比分析指出Bayesian TDD-FFT法能够获得Fast Bayesian FFT法的结果精度，同时发现频率和阻尼没有相关性，而激励谱密度和预测误差谱密度存在明显的相关性。
2019 Vol. 38 (15): 142-148 [
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149
GMA的温度特性分析及热形变被动补偿方法研究
>刘慧芳1, 2，马凯1，梁全1，谷艳玲1，王汉玉1
利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应特性制成的磁致伸缩智能构件，位移输出精度可达亚微米级，这为精密与超精密加工领域提供了新的驱动解决方案，这种精密微驱动过程是依靠智能材料的功能性实现的。然而，在磁致伸缩智能构件工作过程中，线圈的焦耳热损耗、材料磁滞与涡流损耗等因素会导致其温度升高，并伴随着材料出现热变形、磁致伸缩系数不稳定等问题，从而严重影响系统的输出性能。为降低温升对磁致伸缩智能构件工作性能的影响，本文对超磁致伸缩致动器的温度变化特性进行了深入分析，提出一种热形变被动补偿机构，完成了具有热形变自补偿功能的超磁致伸缩致动器设计。实验结果表明，磁致伸缩致动器的主要发热形式和发热源，取决于激励电流形式、工作频率；所设计的超磁致伸缩致动器在工作过程中能够对热形变自动进行补偿。研究结果为提高磁致伸缩智能构件在精密与超精密驱动领域应用过程中的工作精度提供了一种途径。
2019 Vol. 38 (15): 149-156 [
摘要
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157
基于能量守恒的平面大变形欧拉梁逐步积分算法
>谢金哲1，吴斌2,1，杨浩文1
建立了用于描述平面欧拉梁大变形状态的形函数，并在动力响应数值分析中通过运用能量方法实现了算法的无条件稳定。空间离散采用对水平位移和竖向位移独立插值的方法，使其能够描述欧拉梁大变形状态。在时间离散上采用单参数修正方法对速度-加速度关系进行修正，实现了保守荷载作用下的结构能量守恒，同时该算法具有二阶局部精度。最后，通过三个数值模拟算例验证了算法的有效性。
2019 Vol. 38 (15): 157-162 [
摘要
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163
线载荷作用下面内运动正交各向异性板的亚谐波共振
>胡宇达1,2，张晓宇1,2，郝颖1,2
研究面内运动正交各向异性薄板在线载荷作用下的亚谐波共振问题。首先给出面内运动正交各向异性薄板的动能和势能表达式，并推得几何非线性下正交各向异性条形板的非线性振动方程。针对简支边界约束情况，考虑三阶模态并运用伽辽金积分法，推得关于时间变量的无量纲化达芬型非线性振动微分方程组。应用多尺度法对非线性系统的亚谐波共振问题进行求解，得到了稳态运动下关于不同阶模态的共振幅值响应方程。应用李雅普诺夫稳定性理论，对解的稳定性进行分析，得到了稳态解的稳定性判别式。通过数值算例，得到了振幅特性变化曲线图，分析了速度、线载荷、材料属性等参量对系统共振特性的影响，结果表明，系统呈现较为明显的非线性共振特征。
2019 Vol. 38 (15): 163-171 [
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172
基于大涡模拟的台北101大楼风致响应分析
>卢春玲1,2,3，李中洋1,李秋胜4
应用一种新的湍流脉动流场产生方法（NSRFG）模拟了台北101大楼周围风场的湍流边界条件，采用一种新的大涡模拟的亚格子模型，对台北101大楼进行了全尺寸的数值风洞模拟。得到了台北101大楼周围的风流场及作用于其上的风荷载时程数据。建立了大楼的3维有限元模型，对其进行了摸态分析和基于大涡模拟风荷载时程作用下的瞬态动力分析。计算了风荷载作用下大楼的风致响应。并将计算结果与现场实测以及风洞试验的相应数据进行了对比，结果表明：计算得到的风致响应结果与现场实测以及风洞试验结果吻合较好。本文的数值模拟方法可为高层建筑结构抗风设计提供有效参考。
2019 Vol. 38 (15): 172-181 [
摘要
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203
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182
多源时变激励下两级直齿轮传动系统有限元建模方法研究
>乔自珍1 周建星1,2 章翔峰1
本文以两级齿轮传动系统为研究对象，考虑齿轮、轴承时变刚度以及传动轴的柔性，同时引入二级齿轮相位关系，采用有限元法将连续系统离散为轴―轴、轴―齿轮、轴―轴承、齿轮―齿轮等基础单元，建立两级齿轮传动系统模型；利用Newmark积分方法求解多源时变激励下两级齿轮传动系统的动力学特性。研究表明，当考虑传动轴的柔性时，动载荷幅值有所减小，振动响应频率成分也随之减少；对比实验发现，有效计入传动轴的柔性，以及轴承刚度与齿轮啮合刚度的时变性，仿真与实验测试频率成分分布基本一致。通过连续增速条件下，仿真与实验对比验证了该计算方法的有效性。
2019 Vol. 38 (15): 182-189 [
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190
磁流变阻尼器的自适应时滞补偿实时混合试验
>王贞1,2,3，王纯鹏1,2,3，吴斌1,2,3
时滞及补偿问题是实时混合试验的核心问题。在磁流变阻尼器的实时混合试验系统中，磁流变阻尼器的强非线性导致加载系统时滞波动，适用于定时滞系统的常规时滞补偿方法的补偿效果不够理想。本文针对此类问题，采用基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法开展实时混合试验。本文首先阐述了该方法的原理，并通过磁流变阻尼器实时混合试验的数值模拟及真实试验验证了方法的有效性。
2019 Vol. 38 (15): 190-195 [
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196
基于弹性力学的端部有裂缝悬臂梁的自由振动分析
>蒋杰，周叮，胡朝斌
本文基于小变形的二维线弹性力学理论，采用Chebyshev-Ritz法分析端部有裂纹悬臂梁的自由振动特性。在裂缝尖端处将裂纹梁沿长度方向划分为不同边界条件的两层子梁，利用第一类切比雪夫多项式与边界特征函数的乘积作为每层子梁的位移试函数，通过利兹法分别求得每层子梁的振动方程，再根据上下层在交界面处的位移连续性条件得到整个裂缝梁的振动方程。数值结果与有限元解以及文献数据比较显示了很好的一致性，最后详细分析了高跨比、裂缝深度对无量纲自振频率和振型的影响。
2019 Vol. 38 (15): 196-201 [
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202
利用Galfenol薄片的环境振动能量收集装置
>刘慧芳1,2,刘成龙1,谷艳玲1,赵俊杰1,张靖1
针对小功耗电子设备供电的需求，本文拟对生活中存在的丰富振动能量进行利用，设计一种以Galfenol材料的磁致伸缩逆效应和法拉第电磁感应的耦合特性为实现原理，以薄片状Fe-Ga合金为核心元件，对振动进行收集并转换为电能的装置。以Jiles-Atherton磁化模型为基础，结合悬臂梁弯曲理论建立了振动能量收集装置的感应电压与应力及力和加速度间的数学关系模型；分析了振动薄片内部总应力与运动状态间的数学关系。实验表明该装置产生的电压幅值可达到201mv，并且在低频段发电效果最佳。研究成果为实现小功耗电子元件的无源供电提供一种新方法。
2019 Vol. 38 (15): 202-208 [
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209
基于平均多粒度决策粗糙集和NNBC的滚动轴承故障诊断
>于军1，丁博2，何勇军2
采用求同排异思想的悲观多粒度粗糙集是一种规避风险的决策策略，其限制条件过于苛刻，导致约简后的征兆属性集维数过低，难于对滚动轴承的状态做出准确判断。为此，提出一种基于平均多粒度决策粗糙集和非朴素贝叶斯分类器(non-naive Bayesian classifier, NNBC)的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先提取训练样本中滚动轴承的故障特征，用于构建平均多粒度决策粗糙集；其次，采用基于平均多粒度决策粗糙集的属性约简算法，降低训练样本中征兆属性集的维数；最后，根据约简后的训练样本构建NNBC，用于判断待诊样本中滚动轴承状态。实验结果表明该方法能够准确地判断滚动轴承的故障类型及故障程度。
2019 Vol. 38 (15): 209-215 [
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216
基于改进双Sigmoid模型的磁流变减振器力学建模研究
>彭虎1，张进秋2，刘义乐2，张建2，彭志召2，孙宜权2
设计了一款磁流变减振器(Magneto-rheological Damper, MRD)，并对其进行了性能试验。针对双sigmoid模型(Double Sigmoid Model, DSM)无法反映阻尼力与位移的关系、未考虑蓄能器刚度及偏置力影响等缺陷，提出一种改进型双sigmoid模型(Improved Double Sigmoid Model, IDSM)。对模型参数的含义、参数与电流及速度的关系以及参数的辨识等问题进行分析，并利用标准差对模型准确性进行验证。结果表明：IDSM在低速及高速、小电流及大电流条件下均与试验值具有较高的拟合度；最大速度0.52m/s时，误差相对值仅为1.71%。IDSM具有参数少、模型精确且易于编程实现等优点，适用于工程领域。
2019 Vol. 38 (15): 216-222 [
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223
注排液型砂轮平衡装置控制策略与实验研究
>张西宁、刘旭、张雯雯、夏心锐
为有效地解决砂轮失衡造成的磨床振动问题，介绍了一种新的注排液型砂轮平衡装置，为该平衡装置提供了一种液体控制策略，包括初次平衡进程和相位注液控制进程两部分。初次平衡进程根据系统初始值进行动平衡计算向平衡装置内注射液体，快速地将不平衡量降低到一个很小的值；相位注液控制进程通过设定目标振动值，根据砂轮失衡量的相位信息选择相应的注射腔，采用模糊PID控制器控制电磁阀进行多次微量注液，将不平衡量维持在一个很低的水平。砂轮动平衡实验结果表明，转速为2700 r/min时，采用此策略的注排液型平衡装置可以将不平衡振动快速、有效地降低到一个很低的水平，砂轮失衡造成的振动下降达89%，验证了提出策略的可行性和有效性。
2019 Vol. 38 (15): 223-230 [
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231
近断层地震作用下软限位对层间隔震结构动力响应影响分析
>韩淼 韩蓉 孟令帅 杜红凯
结构隔震对远场地震动有较好的减震作用，但遭遇含长周期大脉冲的近断层地震动，隔震支座易产生较大水平位移，导致支座损坏甚至上部结构倾覆失稳，须对隔震支座进行软限位保护。对隔震层软限位的层间隔震结构振动台模型试验进行数值模拟，验证数值模拟精度；进而建立原型结构数值分析模型，进行了285种工况数值模拟计算，对非限位和限位工况下隔震层和主体结构的动力响应进行对比分析，结果表明，隔震层软限位可以限制隔震层变形，但对主体结构地震响应有增大影响；通过对限位设计参数优选，可将主体结构响应控制在不发生损伤或轻微损伤范围内；给出了软限位设计参数对层间隔震结构动力响应的影响规律，提出通过隔震限位结构损伤分析进行限位刚度优选的方法。
2019 Vol. 38 (15): 231-238 [
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239
快速拼装式防爆墙消波性能试验研究
>葛涛1,2,张致远1,张志刚1
通过炮弹静爆试验，对快速拼装式防爆墙的消波性能进行了研究。对比了不同比例爆距下防爆墙前后的冲击波超压峰值，提出了反映防爆墙消波能力的超压消波效应系数，并结合试验数据分析了比例爆距、比例墙高和墙后比例距离对消波性能的影响。结果表明：作用于防爆墙迎爆面的反射超压一般比墙后的最大绕射超压大一个数量级，比例爆距和墙后测点距离对绕射超压影响较大；有防爆墙时墙后冲击波超压明显低于无墙时自由场超压，防爆墙的消波效应可达50%以上；比例爆距和比例墙高共同影响防爆墙的消波性能，随着墙后比例距离的增大，消波效应系数逐渐减小。
2019 Vol. 38 (15): 239-244 [
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245
满足高铁桥梁双重性能需求的新型减震装置研发及力学性能研究
>李雪红，孙磊，徐秀丽，王蕊
目前国内外的大多数减震装置只针对普通公路桥梁，不能满足高铁桥梁对高速运行的列车行车安全性和桥梁结构的安全性需求。研发了一种新型耗能减震装置，并进行了低周反复试验和冲击试验。结果表明：该新型装置的滞回曲线饱满光滑，并且随加载循环次数的增加，曲线较为稳定，具有高效稳定的耗能能力；在高速瞬时冲击力作用下，装置的位移值非常小，当冲击力达到310kN时，位移值只有2.115mm，具有非常强的抗冲击能力。装置稳定高效的耗能能力可以满足桥梁结构在地震作用下的安全性，使结构不发生破坏；而强大的抗冲击能力，可保证地震发生瞬间，桥梁结构的整体刚度不发生突变，主梁和轨道不发生较大的横向变形和振动，满足高速运行列车的行车安全性需求。此外，提出了新型装置的阻尼力公式，可为实际工程应用提供理论依据。
2019 Vol. 38 (15): 245-251 [
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252
风力发电塔筒极端动力荷载作用下破坏的对比研究
>戴靠山1,2，赵 志2，毛振西2
为了研究和对比风力发电塔筒在极端动力荷载作用（风和地震）下的破坏模式，对于某典型风电塔通过ABAQUS建立考虑土-结构相互作用和叶片建模的精细有限元模型，开展了一系列非线性时程分析。风场由Turbsim软件人工生成，风荷载由风机设计软件FAST计算得到；地震选用适用于硬土场地的典型记录。分析结果表明，塑性铰大部分出现在塔筒几何非连续处，一旦局部全截面塑性铰稳定出现，即面临倒塌。在强风下，风速的能量在风电塔低频分布较高，塔筒受基本模态控制，在底部出现全截面塑性铰和倒塌；在强震下，地震动的能量在风电塔高频也分布较高，塔筒受高阶模态影响，虽然塑性铰首先在底部出现，但全截面塑性铰与倒塌位置在中部或上部，并且不同的天然地震动可能导致不同的倒塌位置。
2019 Vol. 38 (15): 252-257 [
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258
振动条件下平台惯导系统误差抑制技术研究
>王汀1，于沛1，李晶2
飞行载体在发射运行过程中常常处于振动环境中，从而影响惯性平台的导航精度。为了更好地辨识振动条件下的平台漂移误差系数，根据小角度的平台误差角模型，推导出了加速度计输出与平台误差角之间的关系，并按照该模型建立了描述平台漂移的状态空间方程和量测方程。将平台漂移角及漂移角速率作为状态变量，利用自适应卡尔曼滤波进行估计。试验结果表明，估计收敛速度快且趋于稳定，能够有效抑制惯导系统速度误差发散，相比较于未补偿平台漂移角，振动后最大速度误差降幅82%~83%。
2019 Vol. 38 (15): 258-263 [
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264
蝴蝶形钢板墙-钢框架自复位结构体系抗震性能试验研究
>张萍,李启才，丁志昌，孙玉康，王伟
为进一步研究蝴蝶形钢板墙-钢框架自复位结构体系的抗震性能，考虑蝴蝶板厚度对复位性能及耗能能力的影响，设计了2榀足尺不同厚度蝴蝶形钢板墙的自复位结构试件，并进行低周往复加载试验。根据试验实测数据，对试件的初始弹性抗侧刚度、滞回性能、承载力、耗能能力和复位能力等进行分析。结果表明：蝴蝶形钢板墙-钢框架自复位结构体系能够有效实现自复位功效与耗能能力的协调统一；较厚的蝴蝶钢板通过反向加载提高其抗压强度进而制约相应试件复位性能；两试件层间位移角在达到2%时，残余层间位移角随着厚度递增有所增加，除试件SC-6(6mm蝴蝶板自复位结构试件)拉向卸载方向外，其余卸载方向残余位移角均小于0.5%，达到中震可修要求，同时大大降低修复难度；当试件层间位移角达到3%时，两试件残余层间位移角较上一级仅略微增加，且试件承载力均处于上升阶段，表明该结构在罕遇地震下依然能够有效控制残余变形且具备抗倒塌性能。
2019 Vol. 38 (15): 264-272 [
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273
油浸式自耦变压器振动噪声研究
>鲁文波 1,曲光磊 2
铁心硅钢片磁致伸缩是变压器振动的主要原因，考虑磁致伸缩效应的变压器振动模拟一直是难点。针对某大型油浸式自耦变压器噪声超标问题，首先求解三维瞬态电磁场，再将磁致伸缩与热效应相比拟，建立铁心磁致伸缩等效模型，通过铁心节点磁通密度插值磁致伸缩特性曲线，应用于等效模型得到铁心磁致伸缩位移，实现磁固耦合计算。以铁心位移为激励计算器身振动，再考虑器身-变压器油-油箱的流固耦合，计算整机振动和辐射噪声，其结果与试验站测试吻合较好，验证了方法流程的有效性和正确性。利用所建立的计算流程，分析了油箱加筋与油箱壁厚度变化，以及油箱底部约束方式对振动噪声的影响。
2019 Vol. 38 (15): 273-280 [
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