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2019年 38卷 21期
刊出日期：2019-10-28
论文
论文
1
基于性能的调谐冲击阻尼器优化设计研究
>鲁正1,2, 张恒锐2, 吕西林1,2
本文基于一个20层非线性benchmark结构，研究了优化设计的调谐冲击阻尼器（TID）系统的减震效果以及相对于传统设计的优越性。首先采用参数识别算法得到原有限元模型的降阶模型，然后基于该降阶模型，提出了基于性能的优化设计方法对TID系统的参数进行优化设计,最后分析原有限元模型附加优化的TID系统的减震效果。研究结果表明：经过优化设计的TID系统减震率相比传统设计提高了约50%；同时塑性铰数量从无控结构的86个减少到62个，而对于传统设计，塑性铰的数量不变，只是在楼层的分布发生改变。相比传统的阻尼器参数设计方法，基于性能的TID系统优化设计不仅能降低主体结构的位移和层间位移角，而且能减少非线性结构的塑性铰数量和塑性耗能，进而减少结构在大震下的损伤。
2019 Vol. 38 (21): 1-5 [
摘要
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6
基于Hertz接触的单自由度碰振系统的随机响应近似闭合解
>祝海生1 陈林聪1 孙建桥2，3 赵珧冰1
碰振系统普遍存在于工程领域中，因此开展碰撞振动的研究具有重要的实际意义。本文应用随机振动研究的最新成果——迭代加权残值法，求解了高斯白噪声激励下基于Hertz接触的单自由度碰振系统的随机响应近似闭合解。首先，结合概率环流和概率势流的概念，构造系统FPK方程稳态解的近似表达式；然后，运用加权残值法获得近似表达式中的待定系数；最后，应用迭代技术在指定均方误差下获得特定精度的概率密度估计。为了说明本文方法的有效性，分别考察了Duffing碰振系统和干摩擦碰振系统，再将蒙特卡罗模拟结果与理论解析解进行对比验证。研究表明，理论解析解与模拟结果吻合的非常好。
2019 Vol. 38 (21): 6-14 [
摘要
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15
SRC框架-RC核心筒混合结构抗震性能研究
>王 斌1，吕 斌1，曾 磊2
为了进一步研究地震作用下钢梁-型钢混凝土（SRC）柱框架-钢筋混凝土（RC）核心筒混合结构的抗震性能，按8度（0.2g）设防、Ⅱ类场地设计了1个10层钢梁-SRC柱框架-RC核心筒混合结构原型，根据相似原理制作了缩尺比为1:5混合结构试验模型并进行了低周反复加载试验，基于试验结果，揭示了混合结构在地震作用下的复杂受力行为和破坏过程，并对混合结构的破坏特征、承载力、变形能力、滞回特性及耗能能力、强度衰减和刚度退化等进行了系统分析。最后，利用Opensees分析平台对该混合结构在水平荷载作用下的受力性能进行了非线性数值模拟，并对SRC框架-RC核心筒的剪力分配进行了计算分析。结果表明，SRC框架-RC核心筒混合结构具有良好的抗震性能，研究成果可为该类结构的抗震设计提供技术支撑。
2019 Vol. 38 (21): 15-23 [
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24
基于甲虫鞘翅的客车八边形仿生多胞薄壁管耐撞性研究
>白芳华1，张林伟2，白中浩2，覃祯员1，张永春1，王若璜1，胡伟1
为了提升客车前部吸能结构的耐撞性，通过模拟甲虫鞘翅的微观结构，设计了一系列新型客车八边形仿生多胞薄壁管，并对其在轴向加载下的吸能特性进行了研究。首先，建立了八边形多胞薄壁管的有限元模型，然后，采用简化超折叠单元理论验证了有限元模型的有效性。最后，通过有限元仿真对比研究了八边形仿生多胞薄壁管与传统多胞薄壁管的耐撞性。结果表明，八边形仿生多胞薄壁管具有优异的耐撞性表现。
2019 Vol. 38 (21): 24-30 [
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31
基于能量有限元法的损伤充液管道振动分析
>尚保佑 1，2，3,朱翔1，2, 3，李天匀 1，2, 3,梁孝天1，2, 3
管道结构在服役期间会出现各种形式的损伤，其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生一定的变化，根据充液管道的动力学方程，推导得到了充液管道振动的能量平衡方程和能量有限元方程。分别采用能量有限元法和有限元法对充液管道的能量密度进行了计算和对比，验证了能量有限元法求解充液管道振动响应的准确性。在此基础上建立了基于能量密度变化和能量流变化的两个损伤指标，讨论了单元受损后的刚度变化和阻尼变化对能量流指标的影响，算例表明基于能量流变化的指标能够有效地识别充液管道结构的损伤部位。研究为基于能量有限元法预报充液管道的振动和基于该方法识别输流管道的损伤提供了理论基础。
2019 Vol. 38 (21): 31-36 [
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37
基于强震响应过程信息的大坝损伤识别研究
>李静 陈健云 徐强 顾太欧
大坝遭遇强震后的破坏程度诊断是大坝安全评价的重要问题，大坝在强震中的损伤发展过程和发展路径破坏过程对于大坝安全评价同样具有重要的价值。针对这一问题，提出利用大坝在强震过程中的响应时程数据，对损伤部位、不同部位发生初始损伤的时间次序以及损伤程度采用基于小波变换的相关性分析进行识别的思想和技术，提出了基于移动时间窗的初始损伤时刻识别的阈值指标。并通过有限元仿真和振动台模型试验对所提出的方法进行了验证。结果表明，基于移动时间窗的损伤预警指标可以清晰识别出初始损伤时刻，并且利用小波变换将信号分解为不同频带上的信号值来检测信号的奇异点，还可判断结构的损伤位置及不同部位发生初始损伤的时间次序。
2019 Vol. 38 (21): 37-43 [
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44
基于整形器的UHPC材料SHPB试验数值模拟与分析
>任亮 1，2,何瑜 1，王凯 1
为探讨UHPC材料在SHPB试验中实现恒应变率加载和试件应力平衡的途径，采用大型有限元分析软件LS-DYNA从整形器材料、直径以及厚度等角度出发，开展了相应的数值模拟与分析。通过对软件中KCC损伤模型材料参数取值进行优化，拟合了UHPC材料动态损伤行为，建立了基于SHPB技术的UHPC材料冲击压缩数值模型并与实验验证。在此基础上，开展不同整形器材料、厚度和直径下的参数分析，探讨其对SHPB实验中恒应变率加载和试件应力平衡的影响。结果表明: (1) 整形器是实现恒应变率加载和试件应力平衡的有效途径；(2) 相对于铜质整形器，铝质整形器能获得的更小的恒应变率因子(Constant Strain Rate Factor，CSRF)值，能更好的实现恒定应变率加载；(3) 整形器直径增大到一定的程度，入射波将偏离一维应力波传播，建议整形器直径不宜大于杆件直径的0.4倍；(4) 为平衡加载过程中CSRF值和入射波强度，建议整形器长径比不宜大于0.2。
2019 Vol. 38 (21): 44-52 [
摘要
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53
基于EKF-LESO级联观测的永磁直线同步电机无传感器线性自抗扰控制
>董家臣,高钦和,陈志翔，牛海龙
为克服永磁直线同步电机(permanent-magnet linear synchronous motor, PMLSM)敏感扰动、易受噪声影响诱发抖振的不足，摆脱位置传感器对电机伺服系统的束缚，构建了一种以线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection control, LADRC)为核心、扩展卡尔曼滤波算法(extended Kalman filter, EKF)和线性扩张状态观测器(linear extended state observer, LESO)级联观测的PMLSM无传感器矢量控制系统。首先从理论上分析了控制系统的误差来源，通过推导得出在输入量测信号存在慢时变偏差的情况下，LESO对除第一阶和第n+1阶外的“中阶”状态进行观测时观测精度不受影响的结论；进而以此为依据，提出了EKF+LESO的级联观测方式，搭建了无传感器位置环自抗扰控制系统。通过仿真对LESO的容错性、对控制系统的跟随能力和噪声抑制能力进行了验证，实验结果则进一步表明，所设计系统能够准确实现直线电机的速度观测，系统运行平稳，具有较好的实用性。
2019 Vol. 38 (21): 53-61 [
摘要
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62
基于SGA-BP-GA方法的FPSO舷侧结构耐撞性能优化设计
>刘刚1,2，高明星3，陈志颖1，黄一1,2
由于船体结构及碰撞优化的复杂性，使得传统优化方法难以有效进行。基于遗传算法、模拟退火算法和BP神经网络，结合正交试验设计和ABAQUS参数化仿真技术，提出一种新的结构耐撞性优化方法—SGA-BP-GA。为了提高BP网络对结构耐撞性指标的预测精度和泛化能力，利用模拟退火算法的概率突跳特性克服遗传算法易早熟和陷于局部最优的缺点，在此基础上采用模拟退火遗传算法（SGA）对BP网络的权重进行优化。采用提出的SGA-BP-GA方法对FPSO舷侧结构耐撞性能进行优化设计，以验证其准确性与可行性。结果表明：与传统BP、GA-BP和SA-BP相比，SGA-BP具有更高的预测精度和泛化能力；与GA-BP-GA方法相比，SGA-BP-GA优化结果仍提高了5.34%；提出的SGA-BP-GA方法能够较好的适用于复杂的船体结构耐撞性优化设计。
2019 Vol. 38 (21): 62-70 [
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71
基于瞬时铣削力系数法的拼接模具铣削稳定性研究
>岳彩旭1，郝小乐2，王彦武1，高海宁1，马晶1，冯磊1
在拼接模具铣削过程中，由于拼接过缝处硬度差的影响致使铣削力发生突变并加剧振动，进而降低工件表面质量和刀具的使用寿命。针对上述问题本文首先建立了拼接过缝区域的切屑厚度模型，分析了切屑厚度与铣削力系数的关系；然后运用基于Runge-Kutta法的全离散法求解铣削动力学方程，由于瞬时铣削力系数随切削参数的变化而变化，故基于该方法可获得上限和下限的多条稳定性预测曲线，并利用最小包络法形成上、下限的带状区域作为最终的稳定边界；最后综合运用时域、频域分析来验证铣削稳定性预测曲线的准确性。本文提出的稳定性预测模型可以为大型汽车覆盖件铣削加工过程提供理论参数依据，并解决铣削拼接处冲击载荷引起的振动问题。
2019 Vol. 38 (21): 71-79 [
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80
潜艇设备冲击试验舱段环境特性研究
>韩璐1,2，冯麟涵2，张磊2，闫明1
对于新研舰载设备，各国海军均要求其抗冲击性能满足考核标准才可装舰使用。为了进行对潜艇内大型设备在接近实战条件下的考核试验，设计并建造了模拟潜艇的试验舱段平台。在不同爆源距离的标准考核工况下，数值模拟了试验舱段的水下爆炸试验，对试验舱段提供的冲击环境进行预报，并根据数值模拟结果及相关理论计算拟定试验工况后，完成了3次水下爆炸试验。通过对实测冲击谱的圆整及插值拟合分析得出，试验舱段的建立满足大型设备冲击环境指标的横垂比要求，为进一步考核潜艇内大型设备抗冲击性能提供了必要的环境。
2019 Vol. 38 (21): 80-85 [
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86
基于OOMP与A-T谱的滚动轴承故障特征提取
>夏均忠，郑建波，白云川，吕麒鹏，杨刚刚
为解决变转速下正交匹配追踪（OMP）过度匹配和非正交投影的问题，论文提出优化正交匹配追踪（OOMP）。根据轴承故障振动信号的特性，构建组合时频原子字典与OMP匹配；将鲸鱼优化算法引入到OMP中选择与残差信号匹配的最优原子，实现信号重构和故障特征增强。为避免阶次追踪的缺陷，引入角度-时间（A-T）谱提取故障特征。试验验证，OOMP可有效增强轴承故障特征，A-T谱用于变转速下轴承故障特征提取效果良好。
2019 Vol. 38 (21): 86-90 [
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91
含时滞反馈控制的直齿圆柱齿轮主共振分析
>石慧荣，赵冬艳，李宗刚，张军平
为了减小直齿圆柱齿轮系统由于外载荷波动和时变啮合刚度引起的振动，建立了直齿圆柱齿轮的时滞反馈减振动力学模型，并利用多尺度法对时滞反馈齿轮传动系统进行求解，获得了齿轮系统主共振频率响应方程，通过分析比较载荷波动、啮合刚度波动和时滞反馈控制参数对主共振的影响，可以得出：齿轮系统存在的载荷波动和啮合刚度波动都会导致齿轮系统主共振不稳定；合理匹配的时滞控制参数能够使主共振快速收敛到稳定解，反之可能导致系统振动加剧，使系统稳定性变差。
2019 Vol. 38 (21): 91-96 [
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97
考虑车下设备的城轨车辆弹性车体垂向振动特性研究
>郭林生1，文永蓬1，尚慧琳2，宗志祥1，孙倩1
以研究城市轨道车辆弹性车体振动特性与车下设备之间的耦合振动关系为目的，利用模态叠加法原理建立了含有车下设备等效欧拉梁车体的刚柔耦合多体动力学模型。在多种不同工况下分析了城市轨道车辆弹性车体中部与转向架上方的振动响应，讨论了车体的一阶弹性模态频率对弹性共振速度的敏感性，从全车长角度分析了车体与车下设备之间的耦合振动关系，并分析了全车振动变化情况，最后对车辆平稳性进行了评价。研究结果表明：车下设备采用弹性悬挂对车体全车振动有很好的抑制作用；从抑制车体全车振动的角度，需要将设备对称安装在车体中部，对不同质量的车下设备采用弹性悬挂要有选择性；车体弹性振动受共振速度影响较大，在非共振速度下运行，能够有效降低全车的弹性共振，提高乘客的乘坐舒适性。论文工作对减少城市轨道车辆的弹性振动提高车辆舒适性和对车下设备的合理布局与悬挂有一定参考价值。
2019 Vol. 38 (21): 97-103 [
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128
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104
隧道纵向地震反应分析的反应位移法对比
>刘晶波，王东洋，谭辉，宝鑫
针对地下隧道结构纵向地震反应问题，《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）采用了纵向反应位移法，在一定程度上考虑了地震动作用下土体与地下结构的相互作用。而纵向整体式反应位移法，是一种可用于非一致地震动输入时隧道等长线型地下结构抗震分析的实用方法。以北京某地铁区间盾构隧道结构为研究对象，采用规范方法和纵向整体式反应位移法完成了出平面剪切波斜入射下隧道结构纵向地震反应计算，并与动力时程法的计算结果进行对比。结果表明，规范方法计算模型中离散的地基弹簧无法反映地基土体之间的相互作用、可能导致内力（主要是剪力）计算出现较大的误差；假定沿隧道纵向土层位移分布为正弦波式的规范方法由于正弦波型与实际情况不符，导致内力计算结果与动力时程结果相差过大；而以自由场位移时程作为等效地震作用的规范方法计算得到的最大弯矩具有良好的计算精度，但最大剪力与动力时程方法相差较大，同时这一方法需完成所有时间步的静力计算才能获得结构最不利地震反应，影响了计算效率。而纵向整体式反应位移法可以有效模拟地震作用下地基土对结构的约束作用、简便的判断结构最不利地震反应时刻，具有良好的计算精度、较高的计算效率，能够反映地震波作用下非一致地震动输入对隧道纵向地震反应的影响。
2019 Vol. 38 (21): 104-111 [
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112
三种漂浮式风力机调谐质量阻尼器稳定性控制研究
>黄致谦，丁勤卫，李 春
漂浮式风力机平稳运行是海上风电场建设的基本要求。为对比调谐质量阻尼器（TMD）对不同漂浮式风力机稳定性的控制效果，选取驳船型（Barge型）、浮柱型（Spar型）及半潜型（Semi型）3种漂浮式风力机，在机舱中配置TMD进行控制，研究3种漂浮式风力机在风、浪及流载荷联合作用下的稳定性控制效果。结果表明：无TMD控制时，Barge型漂浮式风力机响应幅度远大于Spar型和Semi型漂浮式风力机；TMD控制后，Barge型漂浮式风力机的响应大幅度减小，在平台首摇和塔顶左右方向上，分别接近Spar型和Semi型漂浮式风力机；TMD对不同类型的漂浮式风力机控制效果不同，Barge型漂浮式风力机控制的效果最好，其次是Spar型，Semi型控制效果最差。研究结果可以为漂浮式风力机的设计和开发提供理论参考。
2019 Vol. 38 (21): 112-119 [
摘要
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120
开关磁阻电机转矩脉动优化研究
>井立兵1,2，成佳1
转矩脉动是造成电机振动和噪声的主要原因。为降低开关磁阻电机转矩脉动，研究了一种新型转子齿形，即在传统平行转子齿形的两侧添加半椭圆形辅助铁芯。利用有限元法，对一台12/8极开关磁阻电机建模，通过参数化仿真，得到最优改进模型。同时，为了进一步降低转矩脉动，优化功率变换器开关角，缓解换相时引起的转矩跃变。通过仿真计算得到最佳开通角和关断角组合方案，不仅可以显著降低开关磁阻电机的转矩脉动，而且还缓解了双凸极造成的局部饱和。本方法从根源上减小双凸极结构造成的局部饱和和换相时引起的转矩较大跃变，这种方法对于其它的双凸极电机都有借鉴意义。
2019 Vol. 38 (21): 120-125 [
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185
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126
负泊松比蜂窝空腔覆盖层水下爆炸抗冲性能研究
>李俊杰，陶猛，叶韩峰
基于显示动力学有限元ABAQUS/Explicit建立了流固耦合计算模型。研究了具有负泊松比特性的橡胶蜂窝空腔覆盖层在水下非接触性爆炸作用下的抗冲特性，分析了覆盖层的动态响应并讨论了高度、胞元壁厚和扩张角度等结构参数对覆盖层抗冲击性能的影响。结果表明，负泊松比蜂窝覆盖层水下爆炸抗冲性能依赖于结构参数，随着高度增加、胞元壁厚的减小、扩展角绝对值的增大，覆盖层的抗冲性能得到有效提高。
2019 Vol. 38 (21): 126-132 [
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133
一种单面瓦楞机新型压力辊机构的振动分析
>陈志君 杜群贵
单面瓦楞机新型压力辊机构工作过程中仍存在较大的振动，为了分析振动的原因并对其改进，建立了压力辊机构系统的振动微分方程，采用广义的Hertz接触理论计算了振动模型中接触刚度和接触阻尼的大小，把压力辊与上瓦楞辊啮合转动时中心距的变化量作为位移激励，分析了压力辊机构的振动特性，求得了振动响应。对机构进行振动测试，对比分析了理论解析与实验测试加速度曲线，并进行频谱分析，验证了模型的准确性。仿真对比了新旧压力辊机构的振动幅值，研究表明新型压力辊机构的减振是有效的，为压力辊机构的进一步优化提供了理论依据。
2019 Vol. 38 (21): 133-139 [
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140
粘接界面脱粘的亚谐波共振识别方法
>刘俊毅，肖黎，屈文忠
粘接技术广泛运用于现代工业中，粘接界面的脱粘会导致结构完整性的破坏，对粘接界面的有效检测具有重要意义。本文提出了一种基于亚谐波共振分析的粘接界面脱粘的识别方法，将粘接界面简化为单自由度模型，采用多尺度方法分析了亚谐波共振现象，定性分析了粘接界面脱粘亚谐波共振的激励条件。以铝板粘接结构为实验对象，利用粘贴在铝梁表面的压电作动单元/传感单元，采用不同频率和电压的激励信号作用在作动片上，传感片接收响应信号，对其进行频谱分析，通过提取响应频谱中的亚谐波成分进行粘接界面脱粘识别。仿真与实验结果表明，亚谐波产生需要特定的激励条件，使用亚谐波检测方法能有效识别粘接界面脱粘。
2019 Vol. 38 (21): 140-147 [
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148
钢壳混凝土管节组合结构注浆效果扫描成像评价方法研究
>唐寅，车爱兰
钢壳混凝土作为一种新型结构，其在防渗、结构抗震、质量控制等方面具有显著优势，已成功应用于大型沉管隧道等土木工程中。由于施工工艺以及材料性能等原因，施工时导致结构内存在不同程度的混凝土脱空现象，影响结构的强度、刚度和承载力等性能。针对钢壳混凝土组合结构注浆效果评价问题，基于弹性波在层状介质中的传播特性，结合钢壳混凝土组合结构的组合特征，提出一种扫描成像快速评价方法。首先详细描述了扫描成像方法的基本原理、采集工艺及成像方法，提出脱空厚度和连续脱空体积两个参数作为注浆效果的评价指标。针对脱空厚度的定量评价问题，开展了不同脱空厚度的模型试验，建立了脱空厚度与响应能量放大系数之间的关系。为验证方法在深中通道钢壳混凝土管节工程应用中的适应性、有效性，开展了模型试验。试验结果表明，脱空厚度大于0.50cm的区域为检测区域的20%，脱空主要集中在构件处，最大的连续脱空体积达到1042.5cm^3。可以认为，通常的注浆方式有可能导致组合构件处发生注浆不密实等问题。并通过预设缺陷等方式，验证该方法在注浆效果评价中的有效性。
2019 Vol. 38 (21): 148-154 [
摘要
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155
火灾后钢管RPC柱抗爆动力响应数值模拟研究
>邹慧辉1，陈万祥2，郭志昆1，周子欣1
动力多灾害作用下工程结构防护问题已成为当前研究的热点，采用LS-DYNA软件对ISO-834标准火灾后的钢管RPC柱抗爆动态响应全过程进行了模拟。首先采用ANSYS软件模拟钢管RPC在高温作用下的温度场分布，进一步得出钢管和核心混凝土的残余强度，在此基础上分别用弹塑性模型和K&C模型描述钢管和RPC的本构关系。结合试验研究，采用参数化分析方法研究了荷载参数（受火时间、比例距离、轴向荷载）、几何特征参数（含钢率、长径比）和材料性能参数（钢材强度）对火灾后钢管RPC柱抗爆性能的影响规律。结果表明：数值模拟结果和试验结果吻合良好，说明本文模拟方法可以合理刻画火灾后钢管RPC柱抗爆动力行为。受火后的钢管RPC柱在爆炸荷载作用下钢管仍能有效约束核心RPC，柱的破坏形态以弯曲破坏为主，表现出良好的抗爆性能。高温作用导致钢管混凝土强度裂化，刚度降低，爆炸作用下构件变形明显增大；减小比例距离引起构件中部出现更明显的变形，且支座处有剪切破坏趋势。
2019 Vol. 38 (21): 155-163 [
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164
基于衰减余弦字典和稀疏特征符号搜索算法的轴承微弱故障特征提取
>周浩轩，刘义民，刘韬
本文通过分析轴承内外圈故障时域波形特征，结合其早期微弱故障特点，提出了一种与轴承故障波形高度匹配的衰减余弦过完备字典，同时与稀疏表示基追踪方法的特征符号搜索算法相结合的新型算法（ACFS），实现了强噪声干扰下轴承微弱故障特征的提取。通过分析原始信号频谱与理论故障特征，确定了张成原子库的参数，并结合特征符号搜索算法对不同信噪比轴承内圈仿真信号和轴承全寿命数据中的早期微弱故障信号进行了分析。对比普通包络解调方法与基于Symlet8小波包字典的普通BPDN结果表明，该方法可以在极早期实际轴承故障信号中高效、准确地提取出故障特征频率。对于噪声具有极好的冗余度与鲁棒性。
2019 Vol. 38 (21): 164-171 [
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172
带限位隔振系统的冲击响应分析
>刘海超1，闫明1，冯麟涵2
为了提高舰载设备的抗冲击性能，改善限位参数不匹配造成的二次冲击问题，建立了八参数可独立设置的带限位隔振系统数学模型，利用四阶龙格库塔的方法进行冲击仿真计算，并与冲击试验结果进行对比，分析了限位器参数（刚度比，安装间隙）对冲击响应的影响。研究结果表明：当刚度比足够大，存在一个使系统加速度响应取得最大值的特殊间隙，称为共振间隙。共振间隙的存在，增大了系统的加速度响应，加剧了系统的冲击碰撞，但可以通过选择更小的安装间隙，匹配合理刚度比来有效的避免共振间隙现象的产生，进而可以有效的提高舰载设备的抗冲击性能。
2019 Vol. 38 (21): 172-177 [
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178
发动机空气弹簧液压悬置动态特性及参数灵敏度研究
>侯锁军1,2， 杨慰3
针对发动机空气弹簧液压悬置的动特性及其参数灵敏度影响，本文采用空气弹簧液压悬置上液室等效体积刚度替代解耦膜以及密闭空气腔对悬置动特性的影响，基于流体力学相关理论建立了空气弹簧液压悬置力学模型，并通过试验验证了该模型的正确性，分析了空气腔开启和关闭时空气弹簧的动态特性；采用该模型研究了空气弹簧液压悬置橡胶主簧体积刚度、阻尼系数、等效活塞面积、空气腔开启和关闭时上液室等效体积刚度、惯性通道液体惯性系数及阻尼系数等参数对悬置动刚度阻尼角的影响，获得了这些参数对空气弹簧液压悬置动刚度影响的灵敏度，该研究结果有助于空气弹簧液压悬置动特性的优化设计，缩短研发周期，节省研发成本。
2019 Vol. 38 (21): 178-185 [
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186
复杂声边界约束下水中圆柱壳声振特性研究
>翁凌霄1 缪宇跃2 李天匀3
解析地研究了复杂声边界约束下水中无限长圆柱壳的振动和声辐射问题。该圆柱壳受到轴向均匀线激励力作用，并处于自由液面（或水平水底）和垂直刚性壁面组成的复杂声边界构成的四分之一无限流域中。根据镜像原理和Graf加法定理推导了无限长圆柱壳声振耦合方程，讨论了复杂声边界对圆柱壳振动和声辐射的影响。研究发现两种声边界对圆柱壳振动特性和表面辐射声功率有不同的影响。当圆柱壳离边界足够远时其振动特性和表面辐射声功率几乎不受影响，而其辐射声场仍会受到圆柱壳位置变化的影响，尤其当圆柱壳靠近流域边界时会产生显著的辐射噪声，不利于隐蔽。
2019 Vol. 38 (21): 186-193 [
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194
基于相对加速度-相对速度控制的半主动惯容隔振器动态特性研究
>王勇1，汪若尘1，孟浩东2，张步云1
将惯质系数可调的半主动惯容器应用到隔振器中，根据其力学特性，提出相对加速度-相对速度控制策略调节半主动惯容器的惯质系数在最大与最小惯质系数间切换。研究三元件并联式与串联式半主动惯容隔振器在基础简谐激励下的动态特性，运用平均法求解系统的动态响应，并与数值解进行对比。定义动态位移峰值、绝对位移传递率峰值、隔振频带以及高频带的绝对位移传递率四个性能评价指标来评价系统的隔振性能，并与被动惯容隔振器进行对比分析。研究表明相较被动惯容隔振器，半主动惯容隔振器有更好的隔振性能。
2019 Vol. 38 (21): 194-201 [
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202
枪虾夹螯的结构特性、运动特性与射流聚焦机理研究
>秦诗牧,秦俊奇1，杨玉良1，时岩2，韩浩亮2，狄长春3
枪虾利用空化气泡破裂产生的压力脉冲进行捕猎，其夹螯产生空化射流具有高能聚焦的特点。研究夹螯结构对射流的聚焦机理和影响规律，对于探索空化效应、研发仿生空化装置等具有重要的意义。文章利用CT扫描技术和高速摄影技术，通过研究夹螯的结构特性、运动特性，揭示了枪虾夹螯的运动规律；结合CFD仿真模拟空化射流的产生过程和流场状态，阐述夹螯结构对射流的聚焦作用机理；对不同结构尺寸的囊腔凹槽进行仿真，分析了凹槽大小对射流的影响。结果表明，枪虾夹螯的凹槽结构会对射流产生聚焦效应，且当凹槽尺寸约为0.15mm时具有最优的射流聚焦效果。
2019 Vol. 38 (21): 202-209 [
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210
基于鲁棒控制Lyapunov函数的CVT离合器起步非线性控制研究
>韩玲 1，刘鸿祥 1,赵聪聪 2，曹越，赵颖慧 3
新一代无级变速器(Continuously Variable Transmission , CVT)设计中，离合器传递的扭矩无法通过传感器直接获取.为满足其接合过程快速充油且避免扭矩冲击给金属带造成破坏等问题，提出一种离合器执行机构鲁棒性的模型预测控制算法.基于鲁棒控制Lyapunov函数(Rrobust Control Lyapunov Function, RCLF)，构造离合器充油和滑摩阶段的鲁棒控制器，利用RCLF预测模型替代传统比例控制方法，并以此补偿传统控制所存在的充油时间不足问题.建立CVT起步控制系统,将离合器油缸压力接合速度与冲击度作为衡量整车的起步标准，完成传统控制和RCLF控制下，不同油门开度的起步性能仿真及实车验证.试验结果表明：与传统离合器起步控制相比，基于RCLF控制技术的离合器油缸压力能在目标时刻完成充油过程，且整车起步冲击度降低，RCLF控制效果优于传统控制.
2019 Vol. 38 (21): 210-215 [
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216
滑橇式直升机地面共振机体动力学特性研究
>吴 靖，胡国才，刘湘一
为研究机体设置阻尼器后非比例阻尼对滑橇式直升机机体动力学特性的影响，建立了支持在滑橇式起落架上的直升机机体有限元模型。给出了结合有限元法的直升机机体固有频率和当量至桨毂中心的质量、刚度及阻尼的计算方法，当量后的比例阻尼系统与实际非比例阻尼系统的复特征值相同。分析了非比例阻尼对机体模态频率及阻尼的影响：由于非比例阻尼的影响，使得模态频率随阻尼器阻尼的增加而增加，而在阻尼器阻尼较大时，模态阻尼可能减小，不利于直升机地面共振动稳定性；计入阻尼器阻尼关于速度的非线性后，机体模态频率随阻尼器速度的增加先增加后减小，模态阻尼不是按照阻尼器阻尼随其速度的变化趋势而变化，而可能出现两次增加再减小的过程，在阻尼器定压活门开启前后各形成一个峰值。
2019 Vol. 38 (21): 216-220 [
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221
基于响应面-遗传算法的CSP焊点随机振动应力与回波损耗双目标优化设计
>路良坤1，黄春跃1，梁 颖2，李天明3
建立了芯片尺寸封装（Chip Scale Package，CSP）焊点有限元分析模型和电磁仿真模型，选取焊点直径、焊点高度和焊盘直径作为设计变量，以CSP焊点随机振动应力和回波损耗为目标值，设计17组焊点形态参数水平组合并建模进行仿真计算，采用响应曲面法对17组组合应力值、回波损耗值与CSP焊点形态参数间关系进行拟合，结合遗传算法对拟合函数进行优化设计，得到CSP焊点随机振动应力值和回波损耗值同时降低参数水平组合，并通过回波损耗测试实验对优化结果进行了验证。结果表明：优化后CSP焊点最大等效应力下降11%的同时回波损耗降低了2.78%，回波损耗实测试验验证了优化结果的正确性。
2019 Vol. 38 (21): 221-228 [
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229
基于超声背散射信号递归定量分析的CFRP局部孔隙缺陷识别方法
>王喆，杨辰龙，周晓军，滕国阳
以碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP）的超声背散射信号为研究对象，创新性地提出运用递归定量分析（Recursive Quantitative Analysis,RQA）方法获得其信号特征，实现对材料局部孔隙缺陷的识别及评估。首先，对含有孔隙率为0.2%～5.92%的标准试块的超声背散射信号分别进行递归图分析和递归定量分析。结果表明，不同孔隙率试块所对应的递归图特征表现出明显差异，同时，RQA的特征量参数——递归率与递归熵均随孔隙率的增大而增大。然后，运用RQA方法对某未知孔隙率试块进行局部孔隙缺陷评估，基于上述结论，识别得到该试块中最有可能含有局部孔隙缺陷的区域。最后，剖开该未知孔隙率试块作微观形貌观察实验，实验发现该试块实际孔隙缺陷区域与RQA识别得到的结果相同，从而验证了递归定量分析方法用于CFRP局部孔隙缺陷识别的有效性。
2019 Vol. 38 (21): 229-235 [
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236
一种基于频率响应函数的刚体惯性参数改进识别方法
>何宇翔1，王彤1，张丽君2
质量、质心位置、转动惯量和惯性积等惯性参数是结构动态仿真、性能优化、有限元分析、悬置安装位置和角度选取等过程中所需的重要参数。本文对三种常用的基于试验模态的结构惯性参数识别方法进行仿真比较，包括直接物理参数识别法，剩余惯量法（或称质量线法）和模态模型法。仿真发现，三种方法在识别精度、实验条件和实现难度上各有优缺点。通过对一平板结构进行仿真分析发现，三种方法单独使用时，会存在识别结果受到结构支撑系统刚度大小、噪声、测点坐标误差、模态参数识别结果等因素影响，或需要提前预知某些参数才能求解等问题。针对测试工作量和三种方法各自的特点，提出一种将直接参数识别法和剩余惯量法组合使用的改进识别方法。通过某型列车转向架结构试验进行了工程验证，证明了改进方法在含有较大噪声的实际工程环境下的适用性和可靠性，在保证精度的同时，还能减少了测试点数量，大幅降低了测试工作量，加快了实验进程。
2019 Vol. 38 (21): 236-241 [
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242
某千米级摩天大楼的风振控制研究
>陈勇，金钊，陈鹏
本文以中国建筑总公司提出的拟建千米级摩天大楼为研究对象，运用有限元软件ANSYS进行了风振分析，计算结果表明风向角330°为结构位移响应的最不利风向，0°为结构扭转角位移以及舒适度响应的最不利风向。从数值上看，结构的层间位移角以及位移比极值超过了规范要求，为此本文采用了质量阻尼器和粘滞阻尼器对结构进行风振控制研究。针对两种控制方法，分别设计了相应的控制方案，考察了包括阻尼器参数，个数以及布置形式等相关因素对于控制效果的影响。据此给出对千米级结构风振控制的建议，为以后类似结构的风振控制设计提供参考。
2019 Vol. 38 (21): 242-251 [
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252
动力学自然单元法的谐波激励下的连续体结构拓扑优化
>徐家琪1，马永其1, 2
自然单元法是一种基于Voronoi图构造形函数的无网格方法，根据自然单元法的优点，提出了动力学自然单元法频率激励载荷下连续体的结构拓扑优化计算。采用各向同性固体微结构惩罚（SIMP）模型，将节点相对密度作为设计变量，建立以动柔度最小为目标函数，频率激励载荷作用下的拓扑优化模型。采用伴随分析法进行灵敏度分析并利用优化准则法对优化模型进行求解。通过数值算例计算，不仅得到了无棋盘格现象的优化结果，而且相比其它无网格方法提高了计算效率，说明该方法具有可行性和优越性。
2019 Vol. 38 (21): 252-258 [
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259
多段式拖曳系统随机振动传递隔振模拟
>王志博
为了研究多段式拖曳系统的隔振与频谱传递特征，建立了用于模拟随机振动的多段式拖曳集中参数法，在数值验证的基础上，利用波谱产生了母船拖曳端的随机振动，计算比较了多段式拖曳系统的运动响应频谱特征，结果显示增加缆段中拖曳体的附加质量系数可起到降低频谱能量起到更好的隔振效应，在传统二段式基础上继续增加缆段和拖曳体的数量同样可起到更好的隔振效应，降低高频振动传递，但仍存在长周期的运动传递效应。
2019 Vol. 38 (21): 259-264 [
摘要
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265
玄武岩纤维复合材料梁-柱式护栏防撞性能
>孙胜江1,朱长华1,2,梅葵花1
针对目前桥梁护栏在使用过程中出现的碰撞性能差、使用寿命短等问题，提出连续玄武岩纤维复合材料（BFRP）护栏。首先建立护栏碰撞仿真体系，然后利用非线性显式动力学软件LS-DYNA模拟BFRP护栏碰撞过程，并与钢制梁柱式护栏作对比。结果表明，碰撞过程中系统沙漏能小于10%的总能量，有限元模拟过程具有良好的仿真性能；在碰撞过程中车辆没有出现翻越、骑跨及穿越护栏的现象，BFRP护栏具有良好的导向性能；在碰撞过程中座椅位置处的纵横向加速度值均小于规范容许值，BFRP护栏对车辆有着良好的缓冲功能；相比钢护栏，BFRP护栏在碰撞过程中能够更好地降低车辆的加速度值，能够更好地吸收碰撞能量，因此BFRP护栏防撞性能要优于钢护栏。
2019 Vol. 38 (21): 265-270 [
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271
激光捷联惯导振动耦合问题的精细建模
>姚志强1，雷宏杰1，宋汉文2，张懿1
激光陀螺在惯性测量单元（IMU）中的测量精度对比单表测试结果下降是激光捷联惯导研究的难点之一。工程实践中发现，激光陀螺在IMU运行时保持单表性能的关键在于振动解耦。本文建立振动模型出发，导出了振动解耦的理论约束。具体的，从动量矩定理和拉格朗日方程出发建立IMU的六自由度振动模型；进而为了实现振动解耦，类比惯性椭球，本文定义了减振系统的弹性椭球，分析了惯性椭球与弹性椭球不同位置关系时IMU的振动响应特点。主要结论为：惯性椭球与弹性椭球球心重合且主轴重合为IMU的最佳设计状态，此时六个自由度的振动相互解耦。
2019 Vol. 38 (21): 271-277 [
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