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2019年 38卷 19期
刊出日期：2019-09-28
论文
论文
1
基于带通滤波的轨道不平顺敏感波长计权评价方法
>杨翠平1,从建力1，王源1，王平1，徐金辉2
轨道不平顺不同波长成分对列车运行平稳性、舒适性影响程度不同。为了更有效判别轨道的潜在病害，提出一种基于带通滤波的轨道不平顺敏感波长计权评价指标，即轨道加权质量指数（F-TWQI）。基于车辆-轨道耦合系统动力响应分析确定敏感波长权重曲线，按1/3倍频程对轨道不平顺进行频域划分并设计相应的带通滤波器，对每个频带的轨道不平顺波形分量的标准差赋权，求和得F-TWQI。以轨检车实测高低不平顺数据为例，对比分析TQI、基于EMD的轨道加权质量指数E-TWQI和F-TWQI与UIC513的相关系数。结果表明：三者相关系数分别处于0.6~0.7、0.7~0.75、0.8~0.85，对敏感波长计权更能反映轨道实际状态；F-TWQI能避免E-TWQI端点效应的局限性，计算效率得到极大地提升，为快速、准确分析铁路工务的潜在安全隐患提供了一种新的方法。
2019 Vol. 38 (19): 1-6 [
摘要
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7
基于匹配追踪的特征频率提取算法及其应用
>李振，李伟光，陈辉，林鑫
针对大型转子试验台轴心轨迹提纯的问题，提出了采用匹配追踪(Matching Pursuit，MP)算法提取特征频率合成轴心轨迹的新方法。算法中信号的稀疏分解采用MP算法实现，字典集由正弦波模型构建，通过对正弦波的伸缩、平移构造过完备字典库。该算法可实现对单个或多个特征频率的提取。将此方法应用于大型转子系统轴心轨迹的提纯上，并与主成分分析法、谐波小波算法和小波包算法的处理效果进行了比较。结果表明，采用匹配追踪算法提纯的轴心轨迹更为清晰。
2019 Vol. 38 (19): 7-13 [
摘要
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14
基于激光超声的金属构件表面微裂纹定量检测技术研究
>刘永强，杨世锡，刘学坤
传统超声无损检测技术一般需对比裂纹构件与无损构件响应数据，分析两者差异以识别裂纹。两次测量结果易受人工操作误差、外界环境变化影响，导致裂纹误检。针对该问题，论文提出一种基于激光超声的金属构件表面微裂纹定量检测技术，该技术通过提取激光超声波与裂纹构件作用后非线性特征参数改变量实现裂纹定量检测，无需参考无损构件响应数据，能有效减少因人工操作误差、外界环境变化引发的裂纹误检。利用激光辐照构件激发超声波，根据构件时域动态响应信号重构相空间，引入一种非线性特征参数提取方法对构件上相邻辐射点之间状态空间改变量进行评估以实现裂纹检测。构建实验系统对空压机缸体表面实际砂孔缺陷及疲劳裂纹进行检测，结果表明所提技术能有效定量检测金属构件表面微裂纹。
2019 Vol. 38 (19): 14-19 [
摘要
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20
基于电涡流-调谐质量阻尼器的海上风电筒型基础结构减振研究
>练继建1,2，赵 悦1,2，练 冲1,2，董霄峰1,2，王海军1,2
针对海上风电结构在极端风荷载作用下会发生不利于工程安全的大幅振动问题，从理论推导与工程应用两个方面研究了基于新型电涡流-调谐质量阻尼器（Eddy Current-Tuned Mass Damper, EC-TMD）在海上风电筒型基础结构应用的可行性。首先，基于电涡流阻尼器（ECD）减振机理，将新型水平和摆式EC-TMD中的电涡流阻尼采用数值模拟中常规阻尼器等效替代。随后，利用Warburton公式对EC-TMD结构阻尼比和频率比进行优化。最后，将EC-TMD应用于江苏响水海上风电复合筒型基础结构实际工程模拟中。结果表明：极端风荷载工况下，EC-TMD可有效降低塔筒顶部振动位移幅度达21%至33%，说明其对海上风电筒型基础结构减振具有一定的工程应用价值。
2019 Vol. 38 (19): 20-25 [
摘要
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26
液体火箭POGO振动分析的矢量拟合法
>刘 涛1,2，刘锦凡2，唐国安1
针对液体火箭的POGO振动现有分析方法存在一定不足的问题，建立了火箭推进-结构系统的传递函数，采用矢量拟合法对传递函数进行有理分式拟合，借助稳态图法确定传递函数稳定的极点，进而通过极点分布判断POGO稳定性。进一步，分析了蓄压器不同设计状态对POGO振动的抑制效果并与临界阻尼法进行了对比，结果表明矢量拟合法比临界阻尼法具有更高的精度，并确定蓄压器PV值在0.157～0.196MPaL范围内抑制效果最好。该方法可为其它液体火箭的POGO振动抑制提供参考。
2019 Vol. 38 (19): 26-30 [
摘要
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31
高压气体对靶板穿孔及其碎片云运动和致损效应影响研究
>才源 1，庞宝君 1，迟润强 1，段永攀 1，贾斌1，盖芳芳2
应用二级轻气炮发射球形铝合金弹丸撞击充气压力容器模拟装置，研究高压气体对靶板穿孔及其碎片云运动和致损效应的影响。根据试验结果建立了气体压力作为自变量之一的靶板穿孔经验公式。通过X光对高压气体中的碎片云分析发现，气体压力影响碎片云的形态和速度：气体压力增加，对碎片云扩展的阻碍作用增强；气体对碎片云具有减速作用，随着气体压力的增加碎片云减速加快。通过分析被碎片云撞击的观察板，获得了碎片云致损能力与气体压力、弹丸速度和弹丸直径的关系：随着气体压力的增加，碎片云的致损能力降低；在弹丸直径一定的前提下，弹丸速度和气体压力对碎片云的致损能力的影响是相互耦合的；随着弹丸直径的增加碎片云的致损能力增强。
2019 Vol. 38 (19): 31-37 [
摘要
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38
便携式风力灭火机作业手传振动生物力学建模实验研究
>马文凯1 李文彬1 文剑1 李伟林2
为了能准确预测便携式风力灭火机振动给人体手臂带来的影响，降低人体手臂模型的复杂程度，结合便携式风力灭火机作业的实际情况，建立了五自由度手传振动生物力学模型，并考虑了肘部呈90°的弯曲臂姿势。根据手臂系统的生物动力学特征及在操作过程中人体手臂的动态平衡状态，进行力学分析建立系统机械等效模型，设计标准振动实验平台，辨识手臂模型参数，并将模型预测数据与便携式风力灭火机的实测数据进行了比较。结果表明：在肘部呈90°姿势、握力30N、推力50N状态下，模型响应与平均测量值比较显示了较好的一致性，能够较准确拟合手传振动响应特性曲线。该模型能较好地预测便携式风力灭火机作业给人体手臂带来的振动响应，可以为其风险评估提供量化的理论预测模型。
2019 Vol. 38 (19): 38-44 [
摘要
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45
基于改进Rayleigh-Ritz法的复杂形状平面薄板自振特性分析
>张俊1,2,3，李天匀1,2,3，朱翔1,2,3，郭文杰4
针对传统的Rayleigh-Ritz法难以求解复杂形状板的振动问题，本文提出了一种改进的Rayleigh-Ritz法。针对复杂形状板，通过将位移试函数的函数域拓展到曲边域外的矩形区域，并通过选择合适的位移试函数，能方便地对复杂形状板的位移场进行描述。利用不同刚度的弹簧来模拟曲边边界上的复杂边界条件。应用改进的傅里叶级数求解板的应变能、动能以及边界的弹性势能，并通过求取泛函极值获得板的固有频率。通过直边和曲边板的算例计算，并与文献及有限元结果对比验证了本文方法准确可靠，且对于复杂形状和边界下薄板的振动求解具有良好的适应性。
2019 Vol. 38 (19): 45-51 [
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52
基于EWT和修正Morris法的抽水蓄能电站主进水阀自激振动研究
>李红辉，周建中，张勇传，许颜贺，田弟巍，王齐飞
为研究主进水阀的自激振动机理，首先基于瞬变流理论建立抽水蓄能电站过水系统精细化数值模型，计算得到上游测压管水位随时间的变化曲线。然后采用经验小波变换法(EWT)对电站采集的主进水阀自激振动信号和数值仿真信号进行特征提取和频谱分析，以验证数值模型的正确性。接着引入修正Morris参数筛选法，从众多性能参量中探明管道长度、管道的水击波速和主进水阀阀门间隙为敏感参量。最后，针对敏感参量设置3个方案分别进行数值模拟，以研究其对自激振动过程的具体影响。结果表明：主进水阀阀门间隙对自激振动的振幅增长速率及幅值影响大，但对系统的周期影响小；管道的水击波速及长度对自激振动的振幅增长速率、幅值以及周期影响极大。
2019 Vol. 38 (19): 52-57 [
摘要
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58
人体姿态对人-结构耦合系统竖向动力特性影响试验研究
>汪志昊，寇琛，刘召朋，李晓克
为明确静态人体与轻柔结构之间的竖向相互作用规律，以自主设计制作的简支人行桥模型（基频3.67Hz、净跨11.80m）为试验平台，测试了单人人体静立、下蹲与静坐三种姿态及等重质量块对人-结构耦合系统竖向动力特性的影响规律，并结合典型文献试验结果进行了对比与归纳总结。试验结果表明：人体静立、静坐姿态均会降低结构一阶竖向振动频率，而人体下蹲姿态将提高结构一阶竖向振动频率，其中人体静坐姿态对结构一阶竖向振动频率影响程度最大；三种人体姿态均能提高结构一阶竖向模态阻尼比，其中人体静坐姿态提升效应最为显著；采用等重质量块模拟人体，与人体不同姿态对结构振动频率的影响程度基本相当，但无法有效地模拟结构模态阻尼比的变化。综合本文与文献试验结果可知：导致不同文献中人体姿态对结构竖向振动频率与模态阻尼比的影响结果存在离散性的最主要因素为人-结构质量比，其次为人-结构频率比。
2019 Vol. 38 (19): 58-63 [
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64
步行荷载的两阶段遗传算法识别
>王鹏程 1，陈隽 1，2,王浩祺 3
以测力板直接测试结果为基础的步行荷载建模方式，存在有不能准确反映结构上行人真实步态的疑问。为此，本文利用遗传算法，研究由结构响应识别步行荷载的反问题建模方式。首先在傅立叶级数荷载模型基础上，考虑步行的双支撑特征，分别以结构位移响应功率谱及位移时程一致为目标函数，建立了两阶段遗传算法识别步行荷载参数的方法。进而通过荷载模型和实测荷载的识别分别检验了算法的准确性和适用性，识别结果表明前五阶动载因子、相位以及步行频率等十一个控制参数的识别效果较好，算法具有鲁棒性。
2019 Vol. 38 (19): 64-69 [
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70
任意边界条件下矩形板薄板自由振动特性分析
>杜圆1，李海超1，庞福振1，缪旭弘1,2
提出一种基于改进傅里叶级数的方法，对矩形薄板在任意边界条件下自由振动特性进行求解。通过将薄板振动的位移函数表示成二维傅里叶余弦级数和辅助级数的线性组合，克服传统傅里叶级数法中薄板位移函数边界处不连续的缺陷。基于位移函数列出矩形薄板拉格朗日方程，然后通过Hamilton原理求解得到矩形薄板自由振动频率与相应位移函数的系数。本文计算结果与文献及有限元解吻合良好，方法准确可靠。此外，通过改变边界约束弹簧刚度模拟任意边界条件；大量计算表明，固支边界条件与弹性边界条件组合中，随着固支边条界范围增大，矩形薄板无量纲频率参数呈增大趋势。简支及自由边界条件与弹性边界条件组合中，随着弹性边条界的增多，矩形薄板无量纲频率参数呈增大趋势。
2019 Vol. 38 (19): 70-76 [
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77
基于最小动态传动误差波动量的斜齿行星轮系齿轮修形研究
>张俊 陈涛 汪建
为抑制系统的振动和噪声，以动态传动误差波动量为指标，研究了斜齿行星轮系的齿轮修形策略。采用集中参数法建立了斜齿行星轮系的弯—扭—轴—摆耦合动力学模型，进而运用Runge-Katta法求解了各齿轮副的动态传动误差。借助Romax软件，数值仿真了轮系中各齿面的接触载荷。结果表明，未修形时，轮系中各啮合副的动态传动误差波动量大、齿面载荷分布不均、存在明显的啮入啮出冲击。因此，针对该斜齿行星轮系制定了齿向鼓形、齿廓渐开线的修形策略。基于齿轮啮合原理，推导了修形函数在啮合线上的分量，并将其计入行星轮系的动力学模型，再通过数值计算，获得计入齿轮修形效应的各啮合副动态传动误差。运用响应面法拟合出齿轮修形量与啮合副动态传动误差波动量之间含交叉项的二次多项式函数，取其最小值对应的设计变量值为内、外啮合副独立修形时的最佳修形量。在此基础上，以内、外啮合副独立修形时的最佳修形量为设计变量均值，进一步拟合出斜齿行星轮系综合修形的响应面函数，并通过求解函数最小值获得轮系最佳修形量组合。最后，比较了修形前、后斜齿行星轮系的动态特性。结果表明：本文所提的修形方法能有效改善齿面受载状况，使各齿轮副的动态传动误差波动量降低到4 μm以内。
2019 Vol. 38 (19): 77-88 [
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89
非连续屏障对Rayleigh波宽频散射三维快速边界元模拟
>刘中宪1,3，符瞻远1，苗雨2，王治坤1，李昌俊1
基于单层位势理论，将快速多极子-间接边界元方法（FMM-IBEM）拓展到弹性半空间群桩对弹性波的宽频散射求解，进而研究了Rayleigh波入射下多排桩屏障体系的隔振效果。数值试验表明该方法能够大幅度降低常规IBEM计算所需的存储量和计算量。针对典型算例，讨论了单排桩净距、排桩桩长、场地波速、排桩排数及多排桩之间净距对Rayleigh波的屏障效应。结果分析表明：排桩排数是影响多排桩隔振效果的主要因素，而多排桩之间的排距对隔振效果影响较小；桩间净距和桩长是影响单排桩隔振效果的重要参数，桩距在0.1-0.3倍Rayleigh波波长，桩长大于1倍波长时即可取得较好的隔振效果；对于不同的场地，场地土越软，排桩隔振效果越好。对低频波隔振宜采用多排桩进行隔振。
2019 Vol. 38 (19): 89-97 [
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98
星载重叠天线锁紧座滑移故障分析
>戚学良1，韦娟芳1，丁辉兵2，李岩咏1，张辰1
锁紧座在使用过程中常常会因振动发生接触面滑移故障，导致锁紧座锁紧状态失效。针对此问题，提出了一套锁紧座接触面力学状态的试验分析方法。首先设计加工了重叠天线试验模型并进行振动试验，得到频响曲线和动态应变曲线，然后在锁紧座接触面引入弹簧组等效模型，建立了重叠天线整体有限元模型，并根据试验结果对有限元模型进行了修正。最后，对比分析了锁紧座发生滑移故障前后的接触力状态，评估了滑移故障对于锁紧座性能的影响。
2019 Vol. 38 (19): 98-102 [
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103
多层板式电涡流阻尼器构型与磁路优化分析
>汪志昊1，李国豪2，田文文1，郜辉1，张新中1
为提升板式电涡流阻尼器（PECD）的耗能效率，对比分析了单层与多层PECD典型构型的紧凑性与材料利用率，发展与完善了多层PECD构型与磁路优化设计。基于某单排式多层PECD样机阻尼性能测试结果，校验了三维电磁场有限元稳态分析法预测PECD等效阻尼系数的精度；仿真分析获得了永磁体与导体铜板之间的磁场间隙、永磁体的固定材料、间距与布置方式等参数对多层PECD等效阻尼系数的影响规律，据此提出了多层PECD的优化构型与磁路。结果表明：与单层PECD相比，多层PECD耗能效率得到有效提升，结构也更为紧凑；磁场间隙及永磁体的固定材料、布置方式与间距等对PECD等效阻尼系数均有显著影响，其中磁场间隙、相邻永磁体磁极布置与间距等存在最优参数。多层PECD的优化构型与磁路为：磁场间隙宜尽可能减小；采用非导磁材料固定永磁体；同侧永磁体宜阵列布置；永磁体沿阻尼器运动方向磁极宜相反布置，间距取0.2倍永磁体同向尺寸；永磁体沿垂直于阻尼器运动方向磁极宜相同，且间距越小越好。
2019 Vol. 38 (19): 103-108 [
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109
含多裂纹（群）钢筋混凝土梁的自由振动研究
>陈得良1,2，汪亚运3，吝国胜3，邱泽彬3，雷伟3
基于Euler-Bernoulli梁理论，利用Hamilton变分原理，在考虑纵向钢筋对裂纹约束效应以及裂纹区应力集中效应的基础上，建立了含多裂纹（群）钢筋混凝土梁模型，然后通过Taylor级数展开的数值方法，得到了含多裂纹（群）钢筋混凝土简支梁的动力学特征方程。并利用数值分析，研究了裂纹深度、裂纹密集度以及钢筋约束效应对钢筋混凝土梁固有频率的影响。研究表明，含裂纹混凝土梁在考虑钢筋约束效应的影响下，其固有频率大于不考虑钢筋约束效应时的固有频率，且随着裂纹深度的扩展、裂纹数目的增加以及裂纹（群）位置的变化都会对钢筋混凝土梁结构的固有频率产生影响。
2019 Vol. 38 (19): 109-114 [
摘要
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215
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115
软土层场地复杂地铁地下车站结构地震反应分析
>王建宁1，庄海洋2，马国伟1，于旭2，窦远明1,3，李景文1
软土层对地下结构的地震反应具有重要影响，以往已对软土地基中规则矩形地铁地下车站结构的地震反应进行过研究，其规律对于复杂截面地下结构是否适用还需要进一步探讨。通过考虑车站结构侧向、底部分别存在不同埋深、不同厚度软土层时的27种软土层场地，对上层五跨、下层三跨的新型复杂大型地铁地下车站结构地震反应进行分析，揭示了此类异跨地铁车站结构的地震反应特征，初步给出了软土层埋深、厚度变化对此类车站结构加速度反应、侧向位移反应和地震破坏特征的影响规律。结果表明：异跨车站结构两侧或下方一定范围内存在软土层或将减小结构的加速度反应，而当底板以下20m深处存在软土层时结构顶板的加速度反应则被大幅放大，约为7.88%~12.72%；异跨车站结构侧向位移沿高度的变化曲线具有明显的“阶梯效应”；软土层位于结构侧向时对结构抗震不利，并且当软土层位于下层侧方时结构的动力反应较大，而当软土层位于结构底板下方时能够起到一定的隔震作用。
2019 Vol. 38 (19): 115-122 [
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123
三角分布的海洋立管涡激振动数值分析
>张猛1，刘冉1，赵桂峰1，王军雷2
基于格子Boltzmann粒子网格技术，采用XFlow求解器对三角分布的海洋立管进行涡激振动数值模拟。运用二阶范德波尔方程描述二维圆柱横向单自由度涡激振动，研究了三圆柱间距比及来流约化速度对圆柱涡激振动特性的影响，圆柱间距比取L/D = 0.5、2.0、4.0，来流约化速度为Ur = 1～9。分析了圆柱涡激振动的振幅、升阻力系数特性及圆柱尾流中旋涡脱落模式。结果表明：圆柱间距比为L/D = 0.5、2.0、4.0时对应的上游圆柱涡激振动的锁振区间分别为Ur = 3.5~7、3.5~7.5、3.5~6，最大振幅分别为Yrms/D = 0.372, 0.546, 0.47。间距比过大或过小时，其流体流动模式分别受接近效应和尾流效应的影响，中间间距比时，在非锁振区间内，其流体流动模式受两者组合效应的共同影响，在锁振区间，其流体流动模式同大间距比一样主要受尾流效应的影响。流体干涉效应的变化对圆柱升阻力系数的变化起着重要的作用，不同间距比，圆柱升阻力系数的变化趋势相似。
2019 Vol. 38 (19): 123-130 [
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131
ConceFT在滚动轴承瞬时转频估计中的应用
>马增强，阮婉莹，陈明义
针对基于时频分析的瞬时转频估计问题及现有方法在抗噪性和估计精度方面的不足，引入一种新兴的强抗噪性的时频分析方法——时频聚集（concentration of frequency and time，ConceFT），提出ConceFT联合峰值搜索的瞬时转频估计方法。仿真实验中，测试了不同信噪比下的线调频信号和正弦调频信号的瞬时转频估计，结果表明该方法能够有效抑制强噪声干扰，准确估计瞬时转频，在信噪比大于-20dB时能保证估计误差在3%以内。该方法分别用于转速上升和转速复杂波动的滚动轴承振动信号分析，均能以高精度提取出瞬时转频曲线。与经典的短时傅里叶联合峰值搜索方法对比，在抗噪性及估计精度上均有显著提高。
2019 Vol. 38 (19): 131-138 [
摘要
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139
基于三维数字图像相关技术的柔性体低速碰撞实验研究
>瞿力铮，邓小伟，余征跃，洪嘉振
以球形圆柱杆-方板为实验对象，进行面外接触碰撞实验。基于数字图像相关方法（DIC）搭建了应用于柔性体低速碰撞实验的三维高速摄影系统，通过对系统关键参数的设定，测量得到柔性体全场应变响应，并同应变片与数值仿真结果进行对比。结果表明，三维系统避免了二维系统受离面位移影响的弊端，能够准确测量柔性体全场位移、速度和应变响应。进行对心正碰实验得到柔性体碰撞过程和全场应变分布特征，X、Y方向应变呈“花生形”；主应变呈“同心圆形”；剪切应变呈“四纺锤形”。在低速碰撞情况下，碰撞点最大主应变与碰撞速度呈二次幂关系。
2019 Vol. 38 (19): 139-143 [
摘要
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239
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144
轴向冲击作用下杆的弹塑性动态屈曲准则
>刘赛1，张伟贵2，肖凯1，苏玲1，王悦1
为了提出一种不仅满足梁杆结构工程需要，而且涉及的物理量测量简便的动态屈曲准则，以轴向重物冲击下微弓形扁长金属杆的弹塑性动态屈曲为例，采用显式动力学有限元仿真分析方法，分析了不同重物冲击速度下扁长杆的动态响应，归纳了在轴向冲击作用下杆的弹塑性动态屈曲准则，应用此准则进一步研究了扁长杆的初始条件参数（材料屈服应力、预制弓形幅值和截面尺寸等）与临界冲击速度关系，验证了此准则的一般性和有效性。经过研究，提出了在轴向冲击作用下杆的动态屈曲准则——加载分离准则：重物对杆的轴向加载过程中，杆的加载端与重物发生明显的分离。加载分离准则可以满足工程需要，与基于载荷-响应曲线的B-R（Budiansky-Roth）运动准则相比，涉及的物理量测量更为简便。与提高扁长杆的材料强度和加工精度相比，增大截面尺寸是提高其动态屈曲强度的较有效方法。
2019 Vol. 38 (19): 144-148 [
摘要
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149
含多条裂纹变截面简支梁的自由振动
>马一江1，李园园3，陈国平2，赵颖杰2
基于传递矩阵方法，本文提出了一种求解含多条裂纹变截面简支梁固有频率的新方法。针对一类可推导振型函数的变截面梁结构，采用无质量弯曲弹簧来等效梁结构上的横向裂纹，推导出含变截面参数和裂纹几何参数的整段变截面梁传递矩阵。根据简支梁的边界条件，得到含裂纹变截面简支梁的特征传递矩阵，研究变截面参数、裂纹条数和裂纹几何参数对变截面简支梁固有频率的影响。结果表明：裂纹对变截面梁模态的影响非常大，会显著降低变截面简支梁的各阶固有频率。
2019 Vol. 38 (19): 149-154 [
摘要
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155
轻量化层叠式电子设备的振动分析
>石进峰 王炜 夏思宇 辛伟
航天电子产品在发射段要经历严酷的力学环境考核。为实现电路板动力学响应结果的准确预测，对影响响应结果的各参数进行了分析。首先，对电路板建模的等效方法进行了分析探讨，明确了“全局均分”的建模方式；其次，根据电路板的动力学响应方程，结合大量试验数据，对影响“全局均分法”分析结果的2个因素进行了统计分析，确定了各因素的合理取值范围；最后，利用“全局均分”的建模方法对某视频箱进行了动力学分析，并与试验结果进行对比。结果表明，分析结果与试验数据的误差在18%以内，满足工程应用要求，能够快速实现电路板动力学响应结果的预测，对相关产品后续设计工作提供参考依据。
2019 Vol. 38 (19): 155-160 [
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161
带抗风支座的组合隔震体系隔震层布置优化及试验分析
>李飞燕1, 吴应雄2
风荷载较大地区的隔震结构设计存在隔震效果、抗风设计和隔震层位移受控难以协调的问题。提出增设抗风支座协同隔震支座的组合隔震体系，利用抗风支座变刚度工作机理解决设计难题。介绍了新型钢板抗风支座的构造，并以某实际工程为例，根据我国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)将隔震后结构的水平地震作用归纳为比非隔震时降低半度、一度和一度半三个档次，建立三种对比隔震模型并进行计算分析，从而进行隔震层布置优化。分析结果表明：增设新型钢板抗风支座可以同时满足隔震效果、抗风承载力和隔震层位移受控的要求；提出隔震支座的水平承载力宜接近风载下隔震层水平剪力标准值，从而保证结构正常工作状态的建议；抗风支座设计应重点验算抗剪强度要求；抗风支座数值模拟和静载抗剪试验结果表明，其在正常使用和小震下提供抗剪承载力，中震下破坏退出工作，保证结构隔震效果。
2019 Vol. 38 (19): 161-167 [
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168
考虑艏摇的半潜式平台涡激运动试验研究
>魏东泽1，白兴兰1，常爽2
为研究半潜式平台的涡激运动特征，进行了水槽模型试验研究。测试了流向角为0°、15°、30°及45°时，在不同来流速度下半潜平台的横荡、纵荡及艏摇运动响应；并以艏摇运动为重点，从响应幅值、运动频率等角度出发，探讨其涡激运动的关键特征。结果表明：在不同来流方向情况下，半潜式平台均未发生明显的频率锁定现象。当流向角为0°和15°时，平台三自由度响应随约化速度的增加近似呈线性增大的趋势；当流向角为30°和45°时，在约化速度4~10附近平台响应出现了明显的共振现象，并在此现象结束后响应大幅减小，之后，随着约化速度的增加再次大幅增大。除个别工况外，艏摇与横荡均高度耦合，其响应频率主峰值基本保持1:1关系；艏摇固有周期对平台三自由度运动频率及幅值影响均不明显。流向角为45°时，平台的艏摇运动最为剧烈，在各个约化速度下响应幅值均数倍于其他流向角。另外，在0°流向角时观察到了“驰振”现象；15°流向角的多个约化速度下观察到了“自激”现象。
2019 Vol. 38 (19): 168-173 [
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174
多桩-混凝土承台式风力机支撑架振动特性分析
>何先龙1、和庆冬2、金波3、郑涛3
通过对某海上风电场的两座多桩-混凝土承台式5WM风力机塔筒的振动监测，得出了此类型风力机塔筒的振动特性。对3年的监测数据分析，得出此类型风力机塔筒有以下振动特性：风力机处于工作状态时，机舱的对风向偏航会引起塔筒频繁出现强振现象。此类强振具有持续时间达几十秒、加速度峰值可达10m/s^2、每个月出现几百次等特点。风力机处于停机状态时，在小风作用下，塔筒振动平稳、加速度峰值在0.1m/s^2以下；在台风作用下，塔筒振动波动较大、加速度峰值也可达10m/s^2，但是由于风力激励起了塔筒的第2阶及第3阶振型，导致塔筒的最大加速度出现在塔筒中部。在3年监测时间内，塔筒的前3阶固有频率值和阻尼比值未发生变化。监测结果表明：多桩-混凝土承台式风力机的塔筒在台风、机舱对风向偏航期间，都会产生强烈振动。因此，除了台风外，机舱的对风向偏航引起塔筒的强振现象过于频繁发生，也是风力机支撑架疲劳损伤的重要因素之一。本文的研究成果可为此类型风力机的塔筒设计、运营安全监测及损伤诊断提供参考。
2019 Vol. 38 (19): 174-181 [
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182
考虑载荷不确定性的多材料结构稳健拓扑优化
>赵清海1,2,张洪信2,蒋荣超2,华青松1,2,袁林2
传统的拓扑优化设计通常基于单材料与确定性条件，往往难以兼顾结构性能的稳健性。针对实际工程中载荷不确定性问题，研究多材料结构稳健拓扑优化设计方法。基于有序各向同性微结构材料惩罚模型法（Ordered-Solid Isotropic Microstructures with Penalization, Ordered-SIMP），进行多材料插值模型表征。构建载荷概率分布条件下结构柔度均值与标准差的加权目标函数，辅以体积约束。针对载荷满足随机场分布时，采用Karhunen-Loève展开将载荷随机场变换为有限个不相关的载荷随机变量加权和，并借助稀疏网格数值积分方法，将多材料结构稳健拓扑优化转化为求解一组多工况加权多目标确定性拓扑优化设计问题。通过数值算例验证所提方法的有效性与优化结果的稳健性。结果表明：针对不同材料组合方案，均能有效获得良好的多材料拓扑构型；与确定性设计相比较，稳健设计具有不同的材料布局方案，且结构性能更加稳定。
2019 Vol. 38 (19): 182-190 [
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191
双破片撞击充液容器时液体内压力分布研究
>蓝肖颖，李向东，周兰伟，纪杨子燚
为研究双破片作用下的液压水锤效应液体内压力分布，利用ANSYS/LS-DYNA对该过程进行了数值模拟，并进行了试验验证。分析了双破片作用下液体内的压力分布、衰减及叠加效应。结果表明：冲击波前沿和破片头部高压区会分别在两个破片之间叠加，形成叠加波；在轴线方向上叠加压力随着距离的增大逐渐减小；在径向方向上，破片运动轨迹线上的压力最大，越偏离此线，压力越小；叠加压力会随着破片间距的增大而减小。
2019 Vol. 38 (19): 191-197 [
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198
拉曼光反射镜隔振平台设计及性能测试
>茹宁1，2，3，李成2，王宇3，张力3，樊尚春2
为提高原子干涉重力仪拉曼光相位稳定性，降低拉曼光反射镜振动噪声对原子干涉仪测量精度的影响，设计并研制了一种适用于小型化原子干涉重力仪拉曼光反射镜隔振平台，通过COMSOL Multiphysics有限元分析和激光干涉仪测试验证了其隔振性能。根据原子干涉重力仪对噪声控制的要求，对隔振平台在60Hz到200Hz范围内的减振效果进行仿真，将仿真结果作为实验的指导，用扫描式激光干涉仪配合标准振动台，对装载到隔振平台上的拉曼光反射镜的振动进行了测试，结果符合仿真结论。
2019 Vol. 38 (19): 198-201 [
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202
基于半监督多源域适应集成的球磨机负荷参数软测量
>李思思1,2,阎高伟1,闫飞1,程兰1,杜永贵1
针对球磨机工况改变后,历史数据与待测数据分布差异导致的模型失配问题以及待测工况样本少的问题,研究基于半监督域适应的球磨机负荷参数软测量方法。该方法考虑输出标签对特征变换矩阵的影响,首先集成约束条件寻找特征变换矩阵,将历史数据和待测数据投影到公共子空间；然后根据投影后的历史数据及少量有标签的待测数据建立回归模型,获得无标签待测数据负荷参数。考虑到不同工况历史数据有信息互补的特点,建立基于半监督多源域适应集成的软测量模型,进一步提高软测量模型的准确性。基于实验室球磨机多工况实验的数据测试,表明该方法能够有效提高球磨机负荷参数的预测精度。
2019 Vol. 38 (19): 202-207 [
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208
基于半互功率谱密度及响应面法的干气密封系统工作模态分析
>刘 蕴1，刘全兴2，殷 鸣3，殷国富1、3
干气密封装置的动态特性会直接影响密封的可靠性，本文针对具有复杂结构的干气密封装置，实现对其工作模态的研究。基于多参考点最小二乘复频域法（PolyLSCF），分别采用互功率谱函数（Cross Power Spectra）和半互功率谱密度函数（Cross Half PSD）实现对装置系统的工况模态分析及识别，并通过数学指标：模态置信度（MAC）、平均相位偏差（MPD）、模态相位线性度（MPC）、模态复杂性（MOV）以及模态指示函数（MIF）对两个函数的模态结果进行验证，结果表明：采用半互功率谱密度函数的模态分析结果好于互功率谱函数，半互功率谱密度函数更适用于此类复杂结构系统的工作模态分析；不同操作条件下的模态结果表明：转速对于系统模态的影响大于介质压力。同时，本文建立了一种基于响应面方法的时变模态参数识别模型，以不同的操作条件（介质压力与转速）、方向和模态阶数为响应面变量，通过Box-Behnken试验设计选取合适的变量样本点，建立系统模态参数的完整二次多项式工作模态响应面模型并验证了其有效性，为实现时变模态的辨识提供了新的方法和技术支持。
2019 Vol. 38 (19): 208-217 [
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218
空间可展结构复合材料薄壁圆管铰链多目标优化研究
>张赢杰1 孙蓓蓓1 王智磊2 赵枝凯2 陈夜2
复合材料薄壁圆管铰链在卫星天线、太阳翼等大型航天可展结构中具有广阔的应用前景，其结构参数设计极大地影响它在空间的工作性能。为提高复合材料薄壁圆管铰链的力学性能，本文首先建立复合材料卷尺弹簧的解析和有限元模型，分析其弯曲特性，进而建立复合材料薄壁圆管铰链的有限元模型并研究其折展和扭转特性，分析结构参数对铰链性能的影响规律，结果表明，增大开槽长宽比、减小铰链厚度直径比可以明显提高铰链的弯曲和扭转性能。选取铰链结构参数为设计变量，建立多目标优化数学模型，结合最优拉丁超立方试验设计方法，建立结构参数与铰链峰值弯矩、最大应力、扭转刚度之间的RBF神经网络代理模型，通过NSGA-Ⅱ遗传算法进行优化。优化结果表明，铰链的峰值弯矩提高44.8%，扭转刚度提高110%，同时质量下降20.4%，在提高复合材料薄壁圆管铰链力学性能的同时实现了轻量化，使得铰链机构的自驱动能力和自锁定能力有了全面的提高，为复合材料薄壁圆管铰链在空间可展开结构中的实际工程应用提供了理论依据。
2019 Vol. 38 (19): 218-225 [
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226
考虑车队叠加效应与桥面平整度影响的梁式桥动力冲击系数研究
>刘晨光，张连振，高庆飞，孙勇
针对桥面不平整度对冲击系数的影响，采用自编程序，模拟计算了一定量不平整度样本下混凝土梁式桥的冲击系数。结果表明，即使同等级不平整度影响下的冲击系数也具有离散性，现行的不平整度能量谱密度分级法用于冲击系数的计算具有一定的局限性;对不平整度样本所引起的冲击系数集合进行统计分析，结果表明，同等级、具有独立同分布相位角的不平整度样本引起的冲击系数集合服从正态分布。针对连续车队对冲击系数的影响，提出了一种采用延时叠加法计算适应度值的遗传算法，该算法可减少车桥耦合振动计算工作量，高效地对车队中车辆间距进行优化分析，得到车队作用下桥梁最大冲击系数及相应的车队布置。
2019 Vol. 38 (19): 226-232 [
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233
立体交叉隧道结构地震动力响应特性及其相互影响规律振动台试验及数值仿真研究
>刘聪1，彭立敏1，雷明锋1,2，施成华1，李玉峰1,3
针对立体交叉隧道结构地震动力响应特性及相互影响规律等问题，在三向El地震波作用下完成了3种地震烈度、6个工况的交叉隧道振动台试验，试验结果表明：地震烈度越高，隧道各特征点的地震加速度、环向应变越大，在Ⅸ度三向El波作用下，沿上跨隧道墙脚轴线方向，交叉中心断面处最大地震加速度比普通断面(受相邻隧道影响小)小，而环向应变比普通断面大，沿下穿隧道拱腰轴线方向，交叉中心断面处最大加速度比普通断面大，而最大应变比普通断面小。通过建立三维数值模型与试验结果进行了相互验证，数值计算表明：在Ⅸ度三向El波作用下，沿上跨隧道轴向，交叉中心断面处各特征点σ1、σ3及主震方向位移最大值均比普通断面大，沿下穿隧道轴向，交叉中心断面处各特征点σ1、σ3及主震方向位移最大值均比普通断面小。
2019 Vol. 38 (19): 233-241 [
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242
高速侵彻体撞击充液容器形成的液压水锤效应研究进展
>纪杨子燚，李向东，周兰伟，蓝肖颖
受高速侵彻体撞击的充液容器会出现大变形、撕裂甚至解体，这一现象被称作液压水锤效应。将液压水锤效应分成侵彻阶段、冲击阶段、阻滞阶段、穿出阶段和空泡振荡阶段等5个阶段，围绕这5个阶段以及液压水锤效应对充液容器结构的毁伤，阐述了该领域的国内外研究现状。目前液压水锤效应的相关研究还存在着不足，例如，侵彻体动能与初始冲击波的强度的关系及容器前面板和初始冲击波的相互作用；液体域大小和容器结构对空泡的扩展的影响；空泡振荡阶段容器内的压力分布及空泡的形态变化规律。
2019 Vol. 38 (19): 242-252 [
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253
冲击载荷下电机-多级齿轮系统动态特性研究
>易园园1，秦大同1，刘长钊1, 2
为研究非稳态工况下电机-齿轮耦合作用机理，考虑电机电磁特性和齿轮系统扭转振动，将时变啮合刚度和啮合误差表示为齿轮转角的周期函数，建立了一个电机拖动多级齿轮系统的机电耦合模型。求得了系统的固有频率、模态振型及模态能量分布，仿真分析了受冲击载荷激励时齿轮系统的扭振特性和电机电流的频谱特征，比较了不同齿轮副的使用系数和动载系数，并进行了试验验证。结果表明：冲击引发该系统产生由一阶模态主导的瞬时自由振动，电机轴、太阳轮轴和齿圈支承处的扭转变形能量较大，为系统的薄弱环节。多级齿轮耦合振动对该系统高速级影响较大，导致载荷系数呈现出从高速级向低速级逐渐减小的趋势。在稳态运行阶段和瞬态冲击阶段，齿轮系统扭振特征频率在电机电流信号中均有所体现。
2019 Vol. 38 (19): 253-260 [
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261
轮轨表面水介质混合润滑数值模拟
>王骁鹏,彭文昱,赵新泽,田红亮,郤能,赵美云
雨雪、潮湿等环境下，轮轨接触界面处于混合润滑状态，界面间的流体动压效应不可忽视，轮轨间的黏着系数降低，导致黏着力降低。根据确定的轮轨接触几何参数，建立考虑真实机械加工表面的混合润滑模型，模拟轮轨滚动接触界面水润滑状态，通过对比车削加工的纵纹粗糙表面与光滑表面数值解，结果表明：在水介质存在状态下，粗糙表面接触载荷比增加会大幅提高黏着系数；列车行驶速度较快时，混合润滑状态下轮轨黏着系数较小，不利于列车安全平稳运行；轮轨接触副在混合润滑状态下接触压力小于干接触状态接触压力，有利于提高轮轨接触副使用寿命。该研究可为轮轨表面设计提供了重要的理论依据。
2019 Vol. 38 (19): 261-268 [
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