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2019年 38卷 17期
刊出日期：2019-08-28
论文
论文
1
基于RST—NMF模型的微震信号时频分析和识别
>张法全 1,2,王海飞 1，王国富 1,2，叶金才 1,2
针对微震信号难以精确识别的问题，提出一种基于RST—NMF微震信号时频分析和分类方法。首先对微震信号进行S变换得到时频矩阵，然后在频率方向上进行重排，再借助非负矩阵分解技术得到时、频域的分解向量，从中提取宏观、微观统计量构造信号的特征空间，最后采用SVM进行分类。在三道沟井田的试验结果表明，RST时频分析方法对频域分散的能量团有很好的聚集性，时频矩阵经NMF分解最大程度上获取微震信号的局部特征和内在联系，提取分解向量的宏观和微观统计量保证了信号特征空间的完备性，有效地避免了分类时过拟合的发生，分类准确率达到了94%。
2019 Vol. 38 (17): 1-7 [
摘要
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8
基于粒子群优化算法的软土场地Davidenkov模型参数拟合与应用
>王沿朝,陈清军
为探究Davidenkov模型在软土场地地震反应分析中的应用，本文推导了Davidenkov模型的非线性动力本构模型在初始加载、卸载和再加载阶段的增量剪切模量表达式，并将土体动应力-应变关系推广到三维。基于粒子群优化算法对Davidenkov模型的参数进行拟合，利用MATLAB编制了拟合程序，通过对典型砂土和黏土试验数据进行拟合并验证了方法的适用性，同时对某典型上海软土场地的参数进行了拟合。在此基础上，利用ABAQUS软件提供的二次开发平台UMAT，编制了基于Davidenkov模型的土体非线性动力本构模型计算子程序，利用复杂加载路径验证了该子程序的正确性，实现了在ABAQUS软件中软土非线性动力本构模型的二次开发。最后，以某典型上海软土场地为例，对比分析了上海软土场地基于非线性动力本构模型的计算结果和等效线性化的结果。结果表明：粒子群优化算法能很好地对Davidenkov模型的参数进行拟合；本文的非线性动力本构模型计算子程序能够较好地描述软土场地的动力非线性行为；在本文算例中，上海软土场地基于非线性动力本构模型的加速度响应值和相对位移响应值要小于等效线性化的计算结果。
2019 Vol. 38 (17): 8-16 [
摘要
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17
变围压条件下饱和红黏土动力特性研究
>吴建奇1,2,3，谢栎2，徐旭1
真实路基填料的应力路径十分复杂，常规循环三轴动力试验在常围压条件下进行，无法模拟真实路基填料的受力状态。基于此，为了更好的模拟交通荷载下路基层的真实受力状态，采用GDS循环三轴系统对赣南地区的路基红黏土分别进行了变围压(VCP)和常围压(CCP)下的循环三轴试验，在三种应力状态下，即相同的最大应力状态，相同的平均应力状态，相同的初始应力状态，对比分析了变围压对红黏土孔压发展、回弹模量和轴向累积变形的影响。试验结果表明，各应力状态下变围压都导致了孔压累积的增加。对于相同的最大应力状态，变围压下试样回弹模量较低，累积变形较大，而在相同的最小应力状态下则结论相反。对于相同的平均应力状态，变围压对红黏土长期变形特性的影响可忽略。
2019 Vol. 38 (17): 17-23 [
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24
基于增强熵权峭度图的滚动轴承最优频带解调的故障诊断
>李红贤1，2，汤宝平1，韩延1，邓蕾1
针对采用峭度指标选取滚动轴承最优共振解调频带时存在精确性差和易受随机冲击干扰的不足，提出了基于增强熵权峭度图的滚动轴承最优频带解调的故障诊断。首先，选取峭度指标、变异系数、裕度指标和平滑因子等评价指标分别从不同角度表征故障轴承瞬态冲击特征，增强在实际监测的运行环境中单指标抗干扰鲁棒性差的缺陷；其次，采用熵权法对多个评价指标计算综合属性客观权重，为了增强轴承瞬态冲击表征和抑制其它信息干扰，对评价指标值进行增强处理并融合形成新评价指标，以精确选取共振解调中心和带宽；最后，采用1/3-二叉树策略生成的增强熵权峭度图自适应识别故障轴承最优解调频带。通过实测信号和仿真信号测试分析，并与快速峭度图在不同干扰下对比表明，本文所提方法可以更为精准的识别轴承共振频带及具有更高的鲁棒性。
2019 Vol. 38 (17): 24-31 [
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32
低承台管桩纵向自由振动特性分析
>官文杰1，吴文兵1,2，蒋国盛1，梁荣柱1，徐宝军3
基于广义Voigt模型和附加质量模型，研究了低承台管桩的纵向自由振动特性。首先，根据承台和管桩周围土体的性质，建立了承台、管桩、桩侧土以及土塞纵向自由振动的控制方程；然后，结合承台-管桩-土系统的耦合条件，采用Laplace变换技术及阻抗函数传递法，求解得到了承台纵向自由振动位移的频域解析解及时域半解析解。最后，分析了附加质量模型中Voigt模型参数的敏感性区间，并将本文解退化与已有解进行对比，验证了本文解的合理性；讨论了桩身参数、土塞、桩侧土及承台周围土体对低承台管桩纵向自由振动特性的影响规律。结果表明：桩身参数、土塞、桩侧土及承台周围土体对低承台管桩纵向自由振动特性有明显影响，为低承台管桩基础的防震减震设计提供了一定的理论依据。
2019 Vol. 38 (17): 32-44 [
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45
基于整周期时域回归识别滚子间距变化的保持架故障诊断方法
>李修文1, 2，唐德尧2，杨荣华1, 2
针对目前轨道交通领域大量出现使用非金属保持架取代金属保持架，使得保持架发生故障后无法产生周期性金属碰撞信息而难以有效识别的问题，提出了基于整周期时域回归识别滚子间距变化的保持架故障诊断方法。通过采集含有滚子通过外环承载区应力信息的振动信号，首先进行跟踪采样频率修正，再按保外周期进行整周期化，同时保留外环频率及各滚子抖动的边频信息进行频域滤波，最后利用极大值得到各滚子间隔信息，从而识别保持架是否出现故障。通过仿真和实际非金属保持架轴承信号应用表明，本方法能够有效提取到反映各滚子间隔是否异常的有用信息，从而实现保持架的故障诊断。
2019 Vol. 38 (17): 45-50 [
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51
轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响
>袁伟1,3，常军然2，金解放1,3，郭钟群1，梁晨1，吴越4，张睿1，王熙博1
针对变截面构件受到动静组合荷载作用的工程实际，研究轴向静载对变截面杆中应力波幅值的影响。选用铝制备锥形直杆试件，基于动静组合加载试验系统，对试件进行不同轴向静载工况下的应力波传播试验。通过沿轴向不同位置处布置的应变片测定应变时程曲线，以动应变幅值随传播距离及静载的变化规律表征其传播衰减特性。结果表明，轴向静载对应力波下降沿有较大的影响；随着静载的增大，直锥铝杆中应力波传播速度先小幅增加后趋于不变；幅值空间衰减系数呈现“小幅降低—基本不变”的变化特征；试件入射端响应幅值持续减小，且其变化率先逐渐增大，后趋于不变；不同测点的幅值均随静应力的增加近似线性减小，越远离入射端，幅值的变化率越小。
2019 Vol. 38 (17): 51-57 [
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58
高速铁路轨道-桥梁-土体系统的振动传递特性试验研究
>李小珍，陈桂媛，朱 艳，赵 宇
针对列车在250～385 km/h高速运行时的轨道、桥梁和地面振动开展现场测试。分别采用连续小波变换、1/3倍频程分频振级和环境振动评价标准对测试数据进行分析，研究振动自轮轨接触处产生，在轨道、桥梁和土体中的传递特性。结果表明：各测点的振动响应均表现出冲击振动特性，地面振动的峰值频率受列车周期性轮轴激励频率和轮轨力峰值频率的影响；桥梁、地面振动响应受到相邻两节车的影响，故建模分析时可仅考虑少数几节车；箱梁、墩顶和地面的总体振动加速度级随车速的增加率分别为0.33、0.52和0.22 dB/(10 km/h)；箱梁和墩顶振动的优势频段为31.5～125 Hz，地面振动的峰值频率为40～50 Hz；地面振动随距离的衰减规律符合3次多项式，在测试车速范围内，距离桥墩15 m之外的地面总体Z计权振动加速度级小于80 dB。
2019 Vol. 38 (17): 58-64 [
摘要
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65
基于硬涂层的主动失谐整体叶盘建模与分析
>高俊男1,2，孙伟?1,2
通过在整体叶盘各扇区叶片上涂敷不同厚度的硬涂层可以将主动失谐减振与硬涂层阻尼减振技术简单而有效地应用于整体叶盘。为了探究该方法的减振特性，首先给出了由单个失谐扇区的结构矩阵组集成完整主动失谐叶盘结构矩阵的方法，并利用泰勒展开和最小二乘法建立了叶片上的涂层厚度与对应涂层引起的叶片失谐矩阵这两者的近似关系。在此基础上，利用公称模态子集法对失谐叶盘结构进行减缩建模。接着，通过与完整有限元的计算结果对比验证了所提出的近似关系与减缩模型的正确性。最后，利用该减缩模型和蒙特卡罗模拟分析了行波激励下基于硬涂层的主动失谐叶盘振动特性。研究表明：叶盘基体随机失谐下，该方法可以明显降低整体叶盘的响应水平。
2019 Vol. 38 (17): 65-72 [
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73
冲击荷载作用下橡胶混凝土的损伤研究
>郝贠洪1,2,樊磊1，韩燕1，李慧1,田旭乐1,郝庆丽1,2
针对冲击荷载作用下橡胶混凝土的损伤问题，利用自动冲击球压仪对橡胶混凝土的动态冲击损伤行为进行研究，并应用激光共聚焦扫描显微镜（LSCM）和扫描电子显微镜（SEM）分析了其冲击损伤形貌及机理特征。结果表明：冲击荷载下橡胶混凝土抗冲击能力优于基准混凝土，且随橡胶粒径的减小抗冲击能力增强；随着冲击荷载的不断增加，橡胶混凝土的压痕增长速率小于基准混凝土，极限荷载值却大于基准混凝土，而橡胶粒径的减小，使压痕增长速率呈减小趋势，极限荷载值增大，表面抗塑性变形能力及试样表面动态力学性能增强；冲击荷载下材料表面形成球冠状小坑，压痕边缘出现不同程度的材料堆积，80目的橡胶在混凝土中分布更加均匀，且损伤区较为连续无明显微裂纹。研究结果为冲击荷载作用下对橡胶混凝土材料损伤研究提供依据。
2019 Vol. 38 (17): 73-80 [
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81
内凹三角形负泊松比材料的面内冲击动力学性能
>马芳武，梁鸿宇，赵颖，陈实现，蒲永锋
本文提出了一种内凹三角形负泊松比材料，在保证元胞其他几何参数不变的前提下，通过改变三角形侧边内凹角度，建立了不同内凹形式的内凹三角形负泊松比材料模型。通过显式动力有限元软件LS-DYNA具体分析了内凹形式与冲击速度对内凹三角形负泊松比材料面内冲击变形和能量吸收能力的影响。研究结果表明：冲击载荷作用下，在冲击端，相对于三边内凹的情况，单边内凹的平台应力更大；在固定端，侧边内凹程度越小，输出应力滞后时间越长。相比于内凹六边形负泊松比材料，内凹三角形负泊松比材料吸能更平稳，压缩量也更大，并随着冲击速度的提高，内凹三角形负泊松比材料表现出更强的能量吸收能力。
2019 Vol. 38 (17): 81-87 [
摘要
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232
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88
海洋高桩基础水平振动特性分析
>付 鹏1,2，胡安峰1,2，李怡君1,2，谢康和1,2，李 龙1,2
考虑动水压力作用和桩-流体耦合振动，对黏弹性地基中海洋高桩基础水平振动问题进行了理论研究。首先采用分离变量法求解流体运动方程，得到了动水压力解析表达式。进而考虑桩-土体及桩-流体耦合条件、桩身内力和位移连续条件，基于传递矩阵法，得到了水平简谐荷载作用下海洋高桩基础桩顶阻抗解析表达式。将本文解分别退化为水中圆柱梁振动问题及完全埋入式桩水平振动问题，与已有解进行对比，验证了本文解的合理性。并与不考虑动水压力的计算结果对比分析，结果表明忽略动水压力会高估高桩基础桩顶水平动力阻抗。
2019 Vol. 38 (17): 88-94 [
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95
运输类飞机风挡鸟撞位置影响分析研究
>刘信超1，徐亚芳2，王露晨1，陆晓华1，左洪福1
根据CCAR 25.775要求，研究运输类飞机风挡的鸟撞安全性以确保运输类飞机风挡结构满足适航要求。基于瞬态动力学软件PAM-CRASH建立碰撞数值仿真模型，对撞击位置的影响进行参数化研究。通过研究接触力、动能变化的分布规律，证明越靠近机身纵轴，接触力越大，飞机吸收的鸟体动能越多。通过将风挡变形过程与鸟体动能变化相联系，发现部分工况的撞击结果对边界表现出较强的相关性，风挡边界夹持部件对风挡变形能力的影响不可忽视，并考虑了窗框结构不同部位支持刚度的差异性。同时，通过分析窗框结构不同部位的内能分布，指出了窗框结构在不同鸟撞位置影响下的响应特点。最终发现，对于风挡结构而言，撞击点相对飞机纵轴的距离、边界夹持部件两大因素属于较为敏感的因素，并依据这两因素给出了具有代表意义的四个撞击靶点，研究结果对适航审定工作有一定的参考意义。
2019 Vol. 38 (17): 95-102 [
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103
大跨度铁路斜拉桥全桥索-梁相关振动研究
>王涛，刘德贵，黄辉
为了研究大跨度铁路斜拉桥在外部动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态，开发了非线性有限元动力时程积分方法，编制了有限元计算程序。以天兴洲大桥为研究对象，建立了斜拉桥全桥2维模型。研究了在理想外激励作用下全桥发生振动时斜拉桥的索-梁相关振动特性与拉索的共振条件。分析了不同工况列车通过桥梁时，车-桥耦合动力作用对拉索的影响。研究结果表明：对于大跨度铁路斜拉桥，发生索-梁相关振动时，斜拉桥中较长拉索更容易发生大幅非线性振动，拉索的1:1主共振更容易发生，2:1参数共振发生可能性较小；列车动力作用不会使拉索达到共振条件，不会造成拉索大幅振动。
2019 Vol. 38 (17): 103-114 [
摘要
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115
电液伺服试验机方波再现的谐波控制方法
>李潮1，陈章位1，黄连生2，邱宏亮2
针对电液伺服系统的方波再现问题，提出了一种新的谐波控制方法。该方法通过控制响应信号的每个谐波分量的幅值和相位，以获得期望的周期波形。首先，利用多个谐波近似合成方波，利用Nelder Mead单纯形法对各谐波幅值进行优化。其次，给出了幅值和相位修正方法，其力响应能够与目标谐波参数相一致，其中，响应信号的各阶谐波幅值和相位通过跟踪滤波法计算。最后，将本方法在电液系统上进行了实验，结果表明该控制方法在位移和力跟踪方面均表现出良好的性能。
2019 Vol. 38 (17): 115-120 [
摘要
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121
单边偏置裂纹相互作用的实验研究
>杨仁树1,2，陈程1，付晓强1，林海1，丁晨曦1
为研究脆性介质中裂纹相互作用对裂纹扩展形态的影响，以有机玻璃（PMMA）为相似材料，采用动态焦散线实验方法开展了三点弯冲击动力学实验研究。结果表明：冲击荷载条件下，裂纹间相互作用影响裂纹起裂时间、裂纹尖端应力场以及裂纹偏转方向。裂纹相互作用使得裂纹起裂时应力强度因子KId降低，起裂所需能量累积时间缩短；裂纹扩展初始阶段，单偏置裂纹尖端应力场剪应力分量为正，应力强度因子KIId大于0，单边偏置平行双裂纹相同位置处裂纹尖端应力场剪应力分量为负，KIId小于0；裂纹距离中心位置10mm的情况下，单偏置裂纹起裂后向内侧偏转，单边偏置平行双裂纹相同位置处裂纹向外侧偏转。
2019 Vol. 38 (17): 121-127 [
摘要
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128
剪切增稠液及其在抗冲击缓冲方面研究进展
>陆振乾1，许 玥 2，孙宝忠3
剪切增稠液作为一种非牛顿流体，其独特的“流-固”转化流变性能引起了科学界广泛关注。近年来，将其应用到抗冲击缓冲领域更是成为了研究热点。但是，剪切增稠的机理和流变性能的控制仍有待于进一步探索。剪切增稠装备的工业化生产与相关器件的有效开发成为当前研究难点和挑战。本文重点对剪切增稠机理和性能进行综述分析，并综述了目前应用到防护、缓冲领域的最新研究进展，为开发新型抗冲击缓冲材料提供启示。
2019 Vol. 38 (17): 128-136 [
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137
不同应变率下岩-煤-岩组合体冲击动力试验研究
>苗磊刚1，2，牛园园3，石必明1
为了研究岩-煤-岩组合体动态力学性质，利用直径为75mm的分离式霍普金森压杆（SHPB）在5种不同应变率下对组合体试件进行单轴动态冲击压缩试验。研究结果表明：气压与子弹速度之间、冲击速度与应变率之间、应变率与动态弹性模量之间、应变率与动态抗压强度之间、应变率与分维数值之间都近似呈线性关系；σ-ε曲线在近似直线上升到峰值应力的75%左右时，随着应力的增加，曲线斜率逐渐降低，直至达到应力峰值，试件破碎后，呈现跳崖式下降现象；岩-煤-岩组合体在应变率较低时沿着加载方向轴向劈裂破坏，但伴随着应变率的升高，岩块分布也逐渐呈现细粒化，破碎程度也随之增强，块度分维数值也呈线性升高。
2019 Vol. 38 (17): 137-143 [
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144
固支薄膜结构强非线性振动解析方法研究
>李英民， 宋维举，王肖巍
膜结构刚度小，柔度大，在外荷载作用下的振动幅值一般大于自身膜材的厚度，且薄膜振动微分方程非线性项系数远大于1，属于强非线性振动系统。针对传统摄动方法和小挠度理论求解薄膜结构强非线性振动问题的局限性，将薄膜大挠度理论和改进多重尺度法结合，考虑膜材的几何非线性和振动阻尼的影响，求解平坦固支薄膜结构的强非线性振动控制方程，得到结构强非线性振动频率及位移函数解析式，并将结果与传统KBM摄动法解和没有考虑振动阻尼的精确级数解进行对比。为进一步验证理论方法的适用性，选用ZZF膜材进行振动特性试验，进一步验证改进多重尺度法对平坦固支薄膜结构强非线性振动研究的适用性。
2019 Vol. 38 (17): 144-148 [
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149
混凝土直切槽平台巴西圆盘冲击劈裂拉伸断裂特性试验和数值模拟研究
>张华,郑凯,王雷
采用变截面霍普金森压杆（SHPB），对高速冲击荷载下混凝土的断裂特性和裂纹演化进程进行了研究。对含复合型裂纹直切槽平台巴西圆盘（CSTFBD）进行劈裂拉伸试验，并结合理论研究了不同水灰比、不同应变率、不同预设裂纹长度和倾角对裂纹分布及断裂韧性的影响；采用扩展有限单元法（XFEM）模拟了具有不同预设裂纹倾角试件的开裂进程，得出开裂过程中试件内部的应力分布情况。结果表明，复合断裂韧性比对预制裂纹倾角的变化敏感，与裂纹长度和倾角呈负相关，而与应变率无关；次生裂纹的开裂并非发生在预设裂尖处，且裂纹倾角越大，裂尖应力集中越小、主裂纹发展越缓慢。
2019 Vol. 38 (17): 149-155 [
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156
反复荷载作用下钢管混凝土组合桥墩抗震性能试验研究
>邱文亮, 田 甜, 张 哲
为研究钢管混凝土组合桥墩的抗震性能，完成了8个剪跨比λ=3.0方形截面桥墩试件的低周反复加载试验。基于试件的破坏特征及荷载-位移滞回曲线，分析了内置核心钢管对钢筋混凝土桥墩抗震性能的改善作用，讨论了轴压比、配箍率、纵筋率和钢管埋置长度对组合桥墩抗震性能的影响。结果表明：在墩身内埋置核心钢管可避免桥墩发生竖向压溃和弯剪破坏，同时提高试件的承载力、变形和耗能能力，并减小卸载后的残余位移；轴压比大的组合桥墩试件承载力高、耗能能力强，但变形能力差且残余位移大；随着配箍率或纵筋率的增加，滞回曲线的饱满度变好，变形和耗能能力得到提高；核心钢管在墩身内的埋置长度是决定组合桥墩破坏形态和抗震性能的重要因素，随着钢管埋置长度的增加，组合桥墩试件的破坏形态由剪切型转化为弯曲型，其各项抗震性能指标随之得到改善。
2019 Vol. 38 (17): 156-164 [
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165
气体泄漏声源的时域压缩波达方向估计研究
>韦娟1，郑柳青1，郑浩南1，王文静1，宁方立2,3
针对现有压缩感知算法中对模拟信号压缩采样的不足以及传统测量矩阵存储量和计算量大等问题，提出一种基于模拟信号时域压缩的波达方向(DOA, direction of arrival)估计算法，并应用于气体泄漏声源方位估计研究。首先建立气体泄漏声源DOA估计模型，然后设计一种直接非均匀随机欠采样方案，并构造相对应的形式简单的等效测量矩阵，实现对模拟声源信号的直接压缩采样，避免了传统测量矩阵数据量大及计算复杂度高等问题，最后采用子空间追踪算法进行重构，实现了较快的计算速度和较高的重构精度。理论分析和实验表明，该算法能成功实现气体泄漏声源的DOA估计，且在显著降低信号采样率和计算复杂度的同时，实现了较高的估计精度和分辨率，估计性能更佳。
2019 Vol. 38 (17): 165-171 [
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172
一种半主动动力吸振器参数优化及性能比较
>郎君，申永军，杨绍普
将两种半主动开关控制策略应用到Voigt型动力吸振器中，并进行性能分析和参数优化。首先，建立动力吸振器系统模型，确定参数取值范围。然后，对两种半主动控制Voigt型动力吸振器进行参数优化，获得最优控制结果和最优参数值，确定了半主动控制的最优策略，对影响优化效果的三个关键参数进行了特性分析。最后，将半主动Voigt型动力吸振器和另外两种传统吸振器对比，用随机激励进一步验证了半主动开关型位移-速度控制策略(On-off DBG)是最有效的控制策略。
2019 Vol. 38 (17): 172-177 [
摘要
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178
一种可改善传动稳定性的混合励磁型磁齿轮研究
>井立兵1,2，陈俊霖1，张廷1
同轴磁齿轮是一种结构新颖的传动装置，在低速大转矩传动领域具有广阔应用前景。针对传统表贴式磁齿轮气隙磁密谐波含量高、转矩脉动大的问题，本文提出了一种内磁极为偏心表贴式，外磁极为永磁体励磁和电励磁两种磁化方式的同轴式磁齿轮。利用有限元法计算了传统型、开槽未加电流型和开槽加电流型磁齿轮的气隙磁场和电磁转矩，对内、外层气隙磁密的谐波含量进行了分析。仿真结果表明，偏心磁极结构有利于改善内层磁密波形，降低谐波畸变率；增加电流励磁不仅能保证输出转矩，而且能降低转矩脉动。这对提高同轴磁齿轮的传动稳定性具有重要意义。
2019 Vol. 38 (17): 178-183 [
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184
超磁致伸缩激振器的结构优化及动态性能研究
>王安明 1,4,孟建军 1,2,3，胥如迅 1,2，何昌雪 1
超磁致伸缩激振器的结构决定其动态性能。为了提高激振器的动态性能，其驱动线圈采用减少匝数、增加线径、大电流驱动的设计方案。采用叠片式GMM棒，计算了它的几何参数，并选取了最佳的预压应力和磁场强度；设计驱动线圈时考虑了温度的影响，优化了它的几何尺寸和磁路设计，驱动磁场由方波信号叠加直流分量产生；建立了激振器的数学模型，用MATLAB进行了仿真，分析了其阶跃响应。实验表明，激振器的动态性能显著提高，应用效果到达了振动时效的要求。研究结果为超磁致伸缩激振器的结构优化与设计提供参考依据，具有重要的工程应用价值。
2019 Vol. 38 (17): 184-190 [
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191
基于格点型有限体积法的滑动轴承油膜压力特性分析
>杨国栋1,曹贻鹏1,明平剑1,张文平1,李燎原2
为将非结构化网格技术应用于滑动轴承的油膜压力分析，本文提出将格点型有限体积法应用于雷诺方程的求解，采用形函数导数的方法计算压力梯度，采用多重网格法求解方程组，进而得到轴承的液膜压力分布。通过与相关算例的对比和分析，验证了格点型有限体积法的适用性、精度及对非结构化网格的适应性，并对不同网格类型下的计算时间进行了对比，随后将该算法应用于内燃机主轴承油膜压力的求解，结果表明，增大偏心率会导致油膜压力会逐渐增大，而增大倾斜角会对油膜压力分布产生较明显影响。
2019 Vol. 38 (17): 191-196 [
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197
爆破振动信号分析中模态混叠和虚假分量消除的改进方法
>李清1，徐文龙1，张迪2，李娜1，冯丹丹1
针对CEEMD (Complementary Ensenble Empirical Model Decomposition)方法在处理爆破振动信号中模态混叠和虚假分量问题方面的局限性，提出一种改进的解相关CEEMD方法。第一，对信号端点进行特殊处理后，采用CEEMD对信号进行分解；第二，求取各IMF分量信号与原信号的相关系数及其频谱图，共同判定虚假分量；第三，将虚假分量与主分量相加后，通过解相关计算消除模态混叠。仿真信号的CEEMD分解结果以及相关系数与能量插值计算表明，改进的解相关CEEMD方法分解精度比EMD(Empirical Model Decomposition)和CEEMD高，有效抑制了信号模态混叠现象，能够避免直接处理虚假分量而带来的能量损失。应用于爆破振动信号分解，基本保证了各IMF分量非主频率信号的能量比例较低。改进方法有效消除了爆破振动信号的模态混叠和虚假分量现象。
2019 Vol. 38 (17): 197-204 [
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205
基于时频分析的高温振动环境螺栓连接件松动判别
>曹芝腑1,2，谭志勇3，姜 东1,4，何顶顶1,2，费庆国1,
针对某型复合材料螺栓连接件，研究其在高温环境下的振动特性，为表征其松动特性提供理论和试验依据。本文利用振动控制系统，温度控制系统和非接触式激光测量系统实现了1000°C高温环境下的复合材料螺栓连接件振动试验。并利用短时傅里叶方法提取高温环境下的振动响应特征量，结合复合材料连接件的振动基频，二倍频幅值和二倍频与基频幅值的比值对连接结构的松动状态进行综合评判。试验结果表明，在连接件宏观松动现象非明显情况下，本文所提评判方法能够综合评估复合材料螺栓连接件在高温振动环境下的松动特性。
2019 Vol. 38 (17): 205-210 [
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211
多跨布置式环网柔性被动网结构数值计算方法
>赵雅娜 余志祥 赵世春
本文提出了一种基于环形网分块变形特征的环网计算模型以及组合耗能单元计算模型的设计和验证多跨布置式环网柔性被动网结构的数值方法。首先开展了“松柔支撑”环形网动力冲击试验以和1500kJ多跨布置式柔性被动网结构的全尺寸动力冲击试验，采集了部件及结构动力响应结果作为数值计算方法的校准标准；然后，构建了以组合耗能单元计算模型和分区域环形网计算模型为主的数值建模方法，并通过试验数据确定了关键参数的取值方法；最后开展了“松柔支撑”环形网冲击试验和1500kJ全尺寸冲击试验数值模拟，从整体结构变形过程、最大变形量和主要构件动力响应等方面逐步验证了数值方法的可靠性。结果表明，利用基本构件数值模型所建立的结构计算模型，能较好的反映结构冲击动力响应过程，可以作为结构设计和校验的有效手段。
2019 Vol. 38 (17): 211-219 [
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220
铁电和压电效应的电致疲劳综合建模研究
>薛晓敏1，周将武1，孙清1，伍晓红2
铁电材料具有良好的铁电、压电、热释电等特性，被广泛应用于超声和声纳传感器等众多领域。根据其铁电电畴结构及其极化反转特性，试验中常可测得两种特征回线，即铁电极化回线和压电蝴蝶回线。理论而言，单纯外电场强度影响下的特征回线应呈现规则对称形状，然而，由于一些不可避免的原因（如，电畴极化不稳定、缺陷密度及电致疲劳等），均使得以上回线逐步退化，进而呈现非对称非线性回线，无疑为此类智能材料的力-电建模问题增加了难度，限制了该材料在工程中的应用。由于铁电材料所制成的器件通常是在循环交变电场下服役，或在力、电、温度等多场下工作，于是场致疲劳已成为铁电器件应用的主要障碍。基于此，本文提出一类电致疲劳综合模型，充分考虑由于循环电场极化导致的材料疲劳现象，对铁电和压电特征曲线进行较为全面和精确地描述。最后，利用实验数据对所提模型进行了验证，结果表明其精确性和适应性均优于传统模型方法，具有很好的应用前景。
2019 Vol. 38 (17): 220-225 [
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226
基于可靠度理论的桥上列车横风安全性分析
>张田1,2，张楠3，王少钦4，夏禾3
基于可靠度理论，分析风荷载作用下高速列车在桥上的运行安全性，利用失效概率来评价桥上列车横风安全性。首先由风洞试验获得的列车和桥梁的气动力系数，计算列车和桥上的气动力，然后建立风荷载作用下车桥耦合系统分析模型，计算不同平均风速下高速列车以不同车速在桥上运行时的安全性评价指标，最后基于可靠度理论计算高速列车桥上运行的失效概率。以兰新铁路第二双线上的十跨简支槽型梁桥为例，分析横风作用下高速列车桥上运行时的失效概率，并与确定性分析方法比较，结果表明：随着列车运行速度和平均风速的增加，车桥系统的失效概率增加；相同车速及平均风速时，拖车比动车的失效概率大；采用确定性方法获得的列车特征风曲线，对动车其大致与失效概率10%的列车概率特征风曲线相当，对拖车则对应着更低的失效概率。
2019 Vol. 38 (17): 226-231 [
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232
钙质砂侵彻试验与理论研究
>苗伟伟1，邱艳宇1,2，程怡豪1,，文祝2，郭磊2，王明洋1,2
采用弹径14.5mm的圆锥形头部弹体开展300—1000 m/s速度范围内钙质砂的侵彻试验，观察弹体磨蚀、介质破碎以及侵彻深度；建立刚性弹体侵彻钙质砂的拟流体侵彻理论模型，并与试验结果进行对比。结果表明：弹体侵彻后在弹头出现了明显的磨蚀划痕，在弹道附近存在由原砂样破碎而形成的白色粉末，弹体在介质中的侵彻深度随撞击速度的增大而增大；模型与试验结果吻合较好，可用来预测撞击速度在300—1000 m/s范围内钙质砂的侵彻深度；文末得到了归一化的侵彻深度计算公式。
2019 Vol. 38 (17): 232-237 [
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238
基于ALK解法的输流管道防共振可靠性分析
>郭庆 刘永寿 白雅洁 陈翔宇
输流管道广泛应用于航空航天等工业领域，宽频激励下的共振失效是引起管道破坏的重要原因。采用Euler- Bernoulli梁模型建立了输流管道控制方程，使用Galerkin加权余量法将振动控制高阶微分方程转化为N阶线性方程组，求得了N阶输流管道固有频率，并根据激振力上下界频率建立了防共振可靠性功能函数。考虑到功能函数为隐式，建立了基于主动学习的Kriging解法(Active Learning Kriging, ALK) 的输流管道防共振可靠性分析方法，得到了输流管道共振失效概率，分析了管道参数、液体流速等对管道共振失效的影响。计算结果对于输流管道的防共振设计和优化具有重要意义。
2019 Vol. 38 (17): 238-243 [
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244
基于压电俘能器的流体能量俘获技术研究现状
>宋汝君1，单小彪2，杨先海1，许同乐1，杨小辉1，谢涛2
随着压电俘能技术研究的深入，研究重点已从俘能器本身逐渐发展为耦合环境振动源的俘能系统研究，其中基于压电效应的流体俘能技术是一个重要研究方向。鉴于此，本文对其研究现状和发展趋势进行了分析总结，主要包括单一压电振子俘能（涡激振动式、尾流致振式、颤振式、驰振式、雨滴冲击式）和多压电阵子阵列式俘能等。总结发现：涡激振动式和尾流致振式俘能器适合于低速流体俘能；颤振式和驰振式适合于高速流体俘能；为了提高发电能力，高性能柔性压电材料、宽频带俘能和多俘能器阵列俘能是今后的主要发展趋势。
2019 Vol. 38 (17): 244-250 [
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251
基于Tikhonov正则化迭代求解的结构损伤识别方法
>夏志鹏，王树青，徐明强，王皓宇
求解以结构物理与模态信息所构成的线性方程组，而获得结构的损伤位置和损伤程度，是进行结构损伤检测的一种常用做法。然而，在噪声影响下，其求解往往会出现振荡发散的情况，导致损伤检测结果不准确。Tikhonov正则化方法广泛应用于噪声条件下的线性系统求解，该方法执行的关键是选择合理的正则化矩阵及正则化参数。文章提出了一种迭代化的Tikhonov正则化方法，通过迭代的方式重构正则化矩阵，在充分抑制噪声的同时，保留了真实的损伤信息。同时，提出了奇异值二分法，自适应地调整正则化参数，避免了传统“L-曲线”方法选取正则化参数时需要进行大量试算等诸多问题。选取一海洋平台结构对提出方法的有效性进行验证，并与传统Tikhonov正则化方法进行对比，结果表明：提出的迭代型Tikhonov正则化方法具有更好的损伤识别结果。
2019 Vol. 38 (17): 251-259 [
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260
一种改进型隧道爆破模拟方法及其验证分析
>罗驰1,2，杨新安1,2，罗都颢3，张海清4
为预测及分析隧道爆破振动对邻近结构的影响，隧道爆破的数值模拟必不可少。根据隧道爆破中多炮孔同时起爆的特点，针对爆破荷载的空间分布及爆破应力波的衰减规律两方面，分别考虑隧道爆破中多炮孔爆破荷载的叠加以及不同爆破区域应力衰减指数的差异，从而提出改进型隧道爆破模拟方法，使数值模拟尽可能与实际工程情况吻合。再对京张高铁八达岭长城站大跨过渡段第一步爆破工程进行振动监测，分析爆破振动对8号分通道隧道迎爆侧的影响，并将实测数据与改进型隧道爆破模拟方法的结果进行对比。通过该研究，介绍了一种改进型隧道爆破模拟方法并利用实测数据对其正确性进行了验证，希望能为今后隧道施工中爆破数值模拟提供一定的借鉴和指导意义。
2019 Vol. 38 (17): 260-267 [
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268
非稳态油膜力对转子系统盘轴松动故障的影响研究
>刘杰 1,李志农 1， 卢文秀 2
当盘轴松动时，油膜涡动会对转轴的运动轨迹造成影响，从而影响转盘和转轴的碰摩，转盘和转轴的碰摩又会对油膜涡动造成很大扰动，非稳态油膜力对转子系统盘轴松动故障的影响具有重要研究价值。本文利用Hertz接触理论和非稳态非线性油膜力建立了盘轴松动故障转子-轴承系统的运动微分方程，利用四阶龙格-库塔法对其进行数值仿真，并经过实验验证。讨论了非稳态油膜力对转盘转动状态的影响及油膜间隙对转子系统振动特性的影响。研究结果表明：转盘无量纲转速有高低两种状态，不考虑油膜力的转子系统转盘转速进入高转速状态时，转轴转速低于考虑油膜力的转子系统；随油膜间隙增大，轴承端的运动轨迹经历类似周期运动状态、混乱状态、类似周期运动状态，运动轨迹的形状变得越来越细长，转轴中心的运动轨迹像一个不断旋转的扇形，无明显变化规律，系统的频率成分基本无变化，但各频率成分的幅值会有不同的变化。研究成果对盘轴松动故障的建模及动力学特性研究具有重要的参考价值。
2019 Vol. 38 (17): 268-275 [
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276
移动的隧道轴向激励作用下两相多孔介质动力反应
>包汉营，陈文化
为了研究移动的隧道轴向激励作用下饱和土体的动力响应，建立了隧道-饱和土体的动力分析模型；利用波函数展开法、镜像原理等，推导了频域内隧道轴向激励作用下饱和土体动力响应的解析解，并给出了饱和土体临界速度的经验公式；通过快速傅里叶逆变换得到了时-空域内饱和土体的动力响应。结果表明：轴向激励作用下，饱和土体临界速度只与土体的剪切模量和密度有关，且数值接近土体剪切波速的1.1倍；速度小于临界速度时，各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而减小，轴向位移随着隧道埋深的增大有小幅度减小，当隧道埋深超过半径的10倍时，轴向位移趋于稳定；速度大于临界速度时，各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而增大；角度对径向位移、轴向位移影响很小，对环向位移的影响较大。
2019 Vol. 38 (17): 276-283 [
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284
考虑后刀面磨损及过缝冲击的拼接模具铣削力建模与实验研究
>岳彩旭,都建标，姜男,高海宁,朱磊,刘献礼
针对拼接模具铣削过程中刀具易磨损引起铣削力变化的问题，对拼接模具铣削加工过程，提出了一种考虑球头刀后刀面磨损的铣削力建模方法。根据材料硬度的不同，把每一切削周期的切削厚度建成有关切削角度的函数关系，得到不同切削角度下的剪切力模型；同时将后刀面的摩擦效应力与后刀面磨损量建立函数关系，进而得到了不同切削角度下的摩擦效应力模型；最后通过引入单自由度斜体碰撞模型，采用等效弹簧阻尼法和霍普金森实验得到了冲击力模型。结合剪切力模型、摩擦效应力模型与冲击力模型得到了考虑后刀面磨损的拼接过缝处铣削力模型，最后对多硬度淬硬钢进行了铣削力实验。实验结果表明预测的铣削力幅值和变化趋势与实验值具有很好的一致性，验证了该铣削力建模方法的有效性，对拼接模具铣削加工工艺优化具有一定的理论指导意义。
2019 Vol. 38 (17): 284-291 [
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