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2019年 38卷 22期
刊出日期：2019-11-15
论文
论文
1
一种双摆效应桥式起重机光滑鲁棒控制方法
>孙 宁，张建一，吴易鸣，方勇纯
在现代工业领域，起重机被广泛用于大体积负载的运输工作。在许多实际应用场景中，由于吊钩的质量无法忽略不计，整个起重机系统往往呈现出复杂的双摆效应，这一特性增强了起重机系统的复杂性、非线性与欠驱动特性。因此，针对具有双摆效应的起重机系统，文章提出了一种新型的鲁棒控制策略，实现了台车的精确定位，并有效地消除了负载与吊钩的两级摆动。具体而言，首先对原系统模型进行近似线性化处理，得到了可以准确描述双摆起重机特性的近似化模型。在此基础上，提出了一种基于超螺旋的光滑鲁棒控制算法，并通过严格的理论分析证明了闭环系统的稳定性。最后，将所提方法应用于双摆起重机硬件实验平台，实验结果验证了所提控制器的优良性能。
2019 Vol. 38 (22): 1-6 [
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7
混流式水轮机径向振动的传递路径分析
>职保平12，秦净净1，李正星3，于洋1
为分析伞式混流式水轮发电机组的径向振动特性，探讨频域内径向不平衡力在多路径中的梯度排序，本文基于振动基本理论和一般概率摄动法，应用Kronecker代数、矩阵微分理论等方法，在考虑质量、阻尼、刚度等参数不确定性时，引入考虑扰动量和参数间相关性的混合型扰动因素，采用混合型加性等价形式的随机参数结构分析方法对径向振动传递路径进行理论分析和数值计算，通过算例分析，在频域内给出径向振动路径传递率和传递率方差及其范围，明确了方法的可行性，为分析机组传递路径及控制水电站振动问题提供的技术支撑。
2019 Vol. 38 (22): 7-13 [
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14
航空发动机转子不平衡下转静碰摩实验研究
>侯理臻1，廖明夫1，王四季1，何文博2，王丹1，赵璐1
为了研究大涵道比涡扇发动机风车不平衡振动问题，设计了刚度可调、频率可调的转子机匣碰摩机构，计算了机匣的刚度与频率并进行了实验测试。在实验与计算比对良好的条件下完成了碰摩实验并对实验数据进行了进动分析。研究结果表明：设计的碰摩机构，能够有效可控地进行风车不平衡状态下持续碰摩实验，重复性好且碰摩特征明显，通过进动分析，风车不平衡下转静碰摩会激起正反进动的超次谐波，以3/2倍频最为明显。研究结果为发动机风车不平衡研究以及转子安全性设计提供重要的数据支撑与实验方案。
2019 Vol. 38 (22): 14-20 [
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21
基于半解析法的圆柱壳结构自由振动特性分析
>庞福振；田宏业；李海超；刘江涛
基于Reissner-Naghdi’s线性薄壳理论和区域能量分解法，将圆柱壳沿周向分解为若干壳段，用Chebyshev多项式和傅里叶级数表示壳段的位移函数，并引入最小二乘残差来消除计算的不稳定性，建立边界条件参数来模拟不同边界条件，最后采用变分原理得到圆柱壳结构的振动模态。在此基础上，对最小二乘加权参数的收敛性进行了分析，并通过大量的有限元仿真计算验证了本文方法的有效性。最后对一般边界条件下柱壳结构自由振动特性进行了分析，研究成果可为一般边界条件下圆柱壳结构自由振动特性分析提供数据积累和方法依据。
2019 Vol. 38 (22): 21-28 [
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29
基于小波变换的非平稳排气噪声信号阶次分析方法
>刘海涛
汽车排气阶次噪声提取对于汽车声品质以及汽车分类识别具有重要的意义。为准确提取阶次噪声的时域信号，本文提出一种基于小波变换的非线性多分辨率的细化分析计算方法。通过理想带通传递函数构建基小波函数，基小波函数通过平移和伸缩实现信号的局部细化分析。探索小波函数的截取方式对频谱泄漏的影响，选取合适的窗函数截取小波函数，并通过与时域噪声信号的相关变换准确提取各阶次成分的时域波动信号。最后，通过实车测试获取加速工况下的转速脉冲信号和排气辐射噪声信号，对以上方法进行验证。结果表明，本文提出的分析方法可准确提取出非平稳排气噪声中的阶次成分，为排气噪声阶次分析提供标准可靠的信号处理手段。
2019 Vol. 38 (22): 29-35 [
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36
非线性能量阱系统受基底简谐激励的参数优化分析
>刘良坤1，谭平2，潘兆东1，闫维明3，周福霖2,3
为得到非线性能量阱系统（NES）基底简谐激励下的最优刚度，利用复变量平均法推导了1:1共振的慢变系统方程，经多尺度分析后得到了强调制反应（SMR）的必要条件以及吸引点解析方程；然后利用SMR的特点获取最优刚度下限值，并结合吸引点方程求得最优刚度上限值。经数值分析表明，吸引点方程所得计算值与Runge-Kutta的数值解一致，且吸引点数值与原系统的稳态解相近；此外，慢变系统方程计算简便，结果合理；随着NES阻尼参数的提高，最优刚度区域有增大趋势；与TMD相比，NES具有较宽减振频带，但在主频附近减振效率更低，且易受激励幅值影响。
2019 Vol. 38 (22): 36-43 [
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44
施振方向对超声辅助铣磨氧化锆陶瓷的影响
>李龙江，沈剑云，陈宏堃，朱旭，徐西鹏
为研究不同方向的超声振动冲击对铣磨加工氧化锆陶瓷的影响规律，基于压痕断裂力学模型，理论分析对工件施加平行和垂直于进给方向的振动时磨粒加工过程，开展不同参数下的磨削实验并对其加工后表面进行检测分析。结果表明：平行施振时工件受到的轴向力Fz和材料去除率MRR较之于垂直施振大，但垂直施振方式下工件表面粗糙度Ra更小；在所研究的加工参数中，施振方向是影响工件表面粗糙度的最显著因素；另外，不同施振方式下材料主要去除方式有所差异。
2019 Vol. 38 (22): 44-51 [
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52
单自由度含对称约束碰振系统周期运动的转迁规律分析
>李得洋1，丁旺才1，丁杰1，李飞2
利用数值仿真方法，分析了单自由度含对称弹性约束碰撞振动系统在 参数平面内周期运动的分布及转迁规律。首先，根据周期运动的边界条件和衔接条件理论推导得到了系统 周期运动存在的条件。其次，数值仿真得到了系统在 参数平面内的周期运动分布图，并根据各周期运动转迁的特点将参数平面划分为两个参数域，进而结合胞映射方法对各参数域内周期运动的转迁规律、周期吸引子及其吸引域的分布进行了分析；最后总结了各参数域内周期运动之间的相互转迁规律。
2019 Vol. 38 (22): 52-59 [
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60
一种非线性显式分层壳单元及其GPU并行计算实现
>曹胜涛1,2，李志山2，杨志勇1
通用有限元程序ABAQUS的钢筋混凝土显式分层壳单元被广泛应用于剪力墙抗震性能分析，但存在两个缺陷：1）只能得到混凝土受压损伤和受拉损伤，无法反映混凝土剪切损坏，因此不易根据损伤类型对结构进行优化；2）基于CPU并行计算，大规模计算效率较低。为此基于平面应力条件下的混凝土弹塑性损伤本构模型，本文根据混凝土损伤发展时的受力状态和工程实践需要将损伤分为受拉损伤、受压损伤和受剪损伤。结合可损伤分类的塑性损伤模型，给出了非线性壳元物理沙漏力和面内旋转力的构造方法，近而得到一种含面内旋转自由度的4节点24自由度四边形非线性显式分层壳单元。将本文壳元在自主研发的基于CPU+GPU异构并行计算的非线性分析软件中完成开发实现；通过与ABAQUS benchmark算例结果对比，验证了开发内容的正确性；通过与剪力墙单调加载试验对比，验证了本文壳元的合理性。分别采用自主研发软件和ABAQUS对上海地区某框架核心筒体系的超高层结构进行了罕遇地震非线性时程分析，结果表明：1）自主研发软件与ABAQUS结果基本一致，而计算效率为ABAQUS计算效率的5.69倍；2）自主研发软件得到的受拉损伤、受压损伤和受剪损伤损伤可更清晰地揭示核心筒在罕遇地震作用下的损坏演化规律和破坏模式。t
2019 Vol. 38 (22): 60-69 [
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70
基于频率-波数分析的激光Lamb波传播特性实验研究
>刘增华1,2 冯雪健1,2 任捷1,2 王双全1,2 何存富1,2 吴斌1,2
Lamb波的频散和多模态特性，使得利用Lamb波信号的时域或频域特征实现缺陷的定量检测具有一定的困难。本文提出了一种在频率-波数内分析激光Lamb波传播特性的方法。基于全光学型激光超声检测系统，脉冲激光在固定位置激励，连续激光一维线扫描接收，获得时间-空间波场信号，可直观地显示激光Lamb波信号的传播特性以及激光Lamb波与缺陷之间的作用规律。采用二维傅里叶变换将波场信号从时间-空间域转换到频率-波数域，可有效识别信号中包含的各模态信息。为了保留空间信息，借鉴短时傅里叶变换的思想，采用短空间二维傅里叶变换得到沿扫描路径上波数的分布，从中可直观看出缺陷的位置。采用带通滤波结合连续小波变换的方法对短空间二维傅里叶变换的结果进行了优化。分别在有、无缺陷铝板中进行了实验研究，实验结果验证了该方法的有效性。
2019 Vol. 38 (22): 70-78 [
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79
落锤冲击荷载作用下蒸压加气混凝土的缓冲性能试验研究
>周耀1，俞斌1，郭全全1，马英2
蒸压加气混凝土落锤冲击试验考虑了试件的厚度、落距对冲击力最大值的影响。试验结果表明，一定冲击能量下试件的冲击力最大值随自身厚度增加先变小后变大，存在一个使冲击力最大值为最小的最佳厚度。提出了冲击力最大值的计算公式，公式与试验结果吻合良好，并得出了最佳厚度的计算方法。冲击过程中，冲击能量转化为缓冲层材料的表面能，转化的量随厚度先增大后减小，缓冲效果先变好后变差。
2019 Vol. 38 (22): 79-84 [
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85
高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究
>张文虎1，胡余生2，邓四二1，徐嘉2，胡永乐1
基于滚动轴承动力学理论，建立了高速圆柱滚子轴承的动力学非线性微分方程组。采用预估-校正的Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法进行求解，分析了轴承工况参数与结构参数对轴承保持架振动特性的影响。研究结果表明：保持架在径向平面内的振动随着径向载荷的增加而减小，振动频谱中fc、2fc、3fc对应的幅值随径向载荷的增加而减小，其5fc及更高倍频处的幅值显著降低，甚至消失，而径向载荷对4fc处幅值的影响较为复杂；随着轴承转速的增加，保持架在径向平面内的振动随之增加；随着轴承径向游隙的增加，保持架径向平面内的振动先迅速增加后缓慢增加；过大或者过小的保持架引导间隙和兜孔周向间隙都会增加保持架的振动，存在一个最佳的保持架引导间隙和兜孔周向间隙范围能够有效的降低保持架的振动。
2019 Vol. 38 (22): 85-94 [
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95
基于高阶阻抗传递函数的车辆ISD悬架优化设计与性能分析
>沈钰杰，刘雁玲，陈龙，杨晓峰，仇成群
为了探索应用高阶阻抗传递函数进行车辆ISD悬架结构设计时的性能提升效果，本文以双三次型阻抗传递函数作为研究对象，通过筛选应用机电惯容器的车辆ISD悬架的结构特征，利用无源网络综合理论的Foster变换，提出一种高阶阻抗传递函数的降阶转换方法。在四分之一车辆悬架模型的基础上，利用改进的粒子群算法对系统的元件参数进行优化求解。仿真结果表明：应用高阶阻抗传递函数的车辆ISD悬架系统的隔振性能得到显著改善，其中，悬架动行程均方根值最多减小了20.63%，轮胎动载荷均方根值减小了11.22%。最后，根据无源网络综合的最简实现判据，将降阶转换后的双二次传递函数进行网络综合被动实现，得到了具体的机械网络结构与等效的电网络结构，并给出了车辆ISD悬架系统的结构实现方案，进一步拓展了车辆ISD悬架工程化应用的思路。
2019 Vol. 38 (22): 95-100 [
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101
正交各向异性CFRP材料的本构关系及其在平板撞击模拟中的应用
>张昆，汤文辉，冉宪文
碳纤维增强树脂基类复合材料通常具有力学性能的正交各向异性，因此在对该类材料的动态力学性能研究中，其本构关系及物态方程必须考虑正交各向异性的修正。本文从经典的正交各向异性弹性本构方程出发，以某型碳纤维增强酚醛树脂材料为研究对象，引入Tsai-Hill准则描述材料的塑性行为，采用Grüneisen物态方程描述压力与体应变之间的非线性关系，建立了正交各向异性材料的三维弹塑性本构模型。并采用显式有限元方法，对三维条件下平板撞击问题中的应力波传播过程进行了模拟。研究表明，本文所建立的三维本构模型能够合理呈现出材料的各向异性力学特性。对于靶板中平台压力，由于广义体积模量及正交各向异性修正项的引入，得到的压力相对于各向同性模型偏低。本文设定飞片以100 m/s至3000 m/s的速度撞击静止靶板，对计算结果的数值分析发现随着飞片速度上升，正交各向异性模型中修正项对压力的贡献减小。最终正交各向异性模型趋近于各向同性模型。
2019 Vol. 38 (22): 101-116 [
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107
基于混凝土细观骨料模型的SHPB仿真模拟研究
>郭瑞奇1,2，任辉启2，张磊2，龙志林1，吴祥云2，李泽斌2
将混凝土视为由粗骨料和砂浆基体组成的双相复合材料，建立了圆柱状三维混凝土细观骨料模型，并将其应用于SHPB仿真实验中。通过五种不同梯形载荷的加载计算，得到了试件不同应变率下的应力—应变曲线，并将模拟结果与实验结果进行对比分析。结果表明，使用细观骨料模型可以有效模拟混凝土SHPB实验并反映材料的动态力学性能，而且其宏观破坏形式也与传统的均匀材料模型有所不同，所建立的模型同时为多种非均匀材料的细观数值模拟提供了方便。最后通过几种不同骨料含量和骨料尺寸混凝土模型的计算研究了这两种因素对混凝土动态强度和应力均匀性的影响。
2019 Vol. 38 (22): 107-116 [
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117
基于流固耦合的T型管振动特性分析
>赵江 1，2,俞建峰 1，2，楼琦1，2
针对由流体引发的T型管振动问题，采用基于双向流固耦合的模态分析方法，对流体作用下的T型管模态进行分析；在双向流固耦合基础上分析流体压强，流体速度和流体密度对管道固有频率的影响；通过分析管道在流体作用下的应力和变形情况，对T型管振动剧烈的结合部位进行谐响应分析。研究表明：基于双向流固耦合的模态分析可以较确切地反映内部流体作用下的管道模态；在各因素中，流体压强对管道固有频率影响是最大的；当激励频率为第二阶(800Hz)和第八阶(1060Hz)固有频率时，管道的振动响应分别达到峰值。
2019 Vol. 38 (22): 117-123 [
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124
有攻角方柱涡致振动的数值研究
>汤兆烈,周本谋
使用谱元法对弹性支承的有攻角方柱涡致振动进行了数值计算，分析了系统弹性刚度与质量比对振动响应的影响。数值计算得到了实验中发现的“高分支”。首先研究了质量比的影响，发现质量比对高分支的范围影响很大。对物体位移以及升力系数随时间变化曲线进行快速傅里叶变换，得到它们的频率组成。将质量比、系统刚度、以及不同主要频率成分组成一系列有效刚度。通过计算一系列不同系统刚度及质量比发现高分支大致分布在第一有效刚度大于零且第二有效刚度小于零的区域内。同时存在着一个临界质量，大于该质量，高分支消失。另外，还发现了高分支的基本频率可以是1/2St,1/3St,1/4St.
2019 Vol. 38 (22): 124-129 [
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130
竖向近断层地震下隔震结构-非结构系统耦合控制研究
>刘德稳1，赵洁1，刘阳2
竖向近断层地震动作用下易造成隔震结构内部非结构系统产生地震响应放大现象。为研究近断层地震动下隔震结构-内部非结构的动力反应控制机理，建立了竖向地震动下隔震结构-内部非结构耦合系统分析模型。采用非线性时程反应分析方法分析了附加竖向准零刚度系统的非结构元件的响应控制效果。基于能量分析方法建立了竖向近断层地震动作用下隔震结构-内部非结构耦合系统能量平衡方程。研究结果表明对于不同自振频率的隔震系统，当采用竖向准零刚度对非结构元件进行地震响应控制时，减震效果较好。有控系统的竖向弹性恢复能和阻尼耗能要大于无控结构，通过选取合适的阻尼比可有效控制非结构元件的地震响应。
2019 Vol. 38 (22): 130-136 [
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137
圆管输电塔风荷载多天平同步测力风洞试验研究
>张宏杰1,黄阳2，周奇2,3
水平风作用下输电塔风荷载的研究已经取得一定成果，但有竖向风联合作用下的输电塔风荷载的研究甚少。本文采用多天平同步测力风洞试验方法，获得了水平风和竖向风联合作用下的输电塔塔身节段的气动力系数。试验研究表明：多天平同步测力方法可以直接且准确地测量输电塔构件的风荷载；与常规试验相比，多天平同步测力方法可以用于同时具有攻角和偏角的风作用下输电塔风荷载的测量，且能准确地模拟输电塔的气流扰流，减少或避免风洞地面或分离平台引起的边界层效应；来流风攻角在±5°范围内时，竖向风对阻力系数的影响较小，可以忽略；来流风攻角较大时，竖向风对输电塔塔身气动力系数的影响较大，不可忽略。
2019 Vol. 38 (22): 137-143 [
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144
基于磁流变阻尼器的密封减振技术实验研究
>郭咏雪，何立东，李宽
针对透平机械密封系统的密封流体激振问题，将一种电流调节式磁流变阻尼器引入密封系统，设计搭建密封转子减振实验台，研究了磁流变阻尼器对不同转速和偏心率下的密封转子振动的抑制规律。实验发现，磁流变阻尼器可以抑制密封流体引起的转子振动，并且随着阻尼器工作电流的增加，抑振效果越好，降幅可达65.02%。利用Labview设计一种基于密封流体激振幅值的开关控制程序，实时监测转子的振动幅值，主动调节阻尼器工作电流，对密封系统进行开关控制实验，取得了良好的抑振效果，最高降幅可达68.71%。
2019 Vol. 38 (22): 144-148 [
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149
高温条件下钢纤维混凝土动态抗压性能试验研究
>彭帅 1，李亮 1， 吴俊 1,2，姜锡权 3，杜修力 1
应用分离式霍普金森压杆和电阻式高温加热炉对不同纤维掺量（1%、2%）的钢纤维混凝土试件进行了不同温度条件下（20℃、200℃、400℃、600℃、800℃）的动态压缩试验，获得了不同温度条件下该种材料的动态应力-应变曲线，得到了相应的动态抗压强度和峰值应变。试验结果表明，钢纤维混凝土具有明显的应变率强化效应和温度损伤效应。在各试验温度下，钢纤维混凝土的动态抗压强度随着应变率的增大而提高；同一加载速率下，钢纤维混凝土的动态抗压强度随着试验温度的升高大幅度降低；相比于普通混凝土，钢纤维混凝土的抗冲击性能显著提高。
2019 Vol. 38 (22): 149-154 [
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155
基于有效奇异值数量规律的滑动轴承转子轴心轨迹提纯研究
>郭明军1，李伟光1，杨期江2，赵学智1
针对实测的主轴位移信号存在噪声污染的问题，提出基于有效奇异值数量规律的轴心轨迹提纯方法，并将其应用于大型滑动轴承试验台转子的轴心轨迹提纯，效果优于传统算法(EMD、谐波小波)及其改进算法(基于EMD的改进谐波小波算法)，成功识别了转子的不对中故障。此外发现，当奇异值差分谱的首个峰值和紧随其后的差分谱幅值很接近(97.16%)时，根据差分谱方法提纯的轴心轨迹会发生畸变，并从能量损失的角度对这种现象进行了分析，指出，在这种情况下应该以第二个差分谱峰值对应的分量个数重构信号才能提纯到正确的轴心轨迹，从而进一步完善了差分谱理论。研究结果表明，利用改进的差分谱法的轴心轨迹提纯效果与本文提出的有效值法的效果相当。
2019 Vol. 38 (22): 155-161 [
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162
余弦广义Padé逼近法及其在强非线性振子周期解求解中的应用
>李震波1，唐驾时2
基于广义Padé逼近方法，构造了一类余弦型广义Padé逼近式，并针对不同类型振子周期轨道的特性，对广义Padé逼近法的求解过程进行了改进。基于改进后的方法求得了一类势能函数为高阶多项式、有理函数和无理函数振子的解析近似周期解。通过与数值解进行比较，验证了本文所得之解有着较高的精度和可靠性，且不受非线性项系数大小和初始振幅大小的影响。同时，该方法也不局限于某个特定的系统，而是具有较广的适用范围。上述结果说明，通过合理构造广义Padé逼近式，Padé逼近方法亦可直接用于周期解的求解，为Padé逼近在振动领域中的应用提供了新的思路和参考方法。
2019 Vol. 38 (22): 162-170 [
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171
基于自适应最大相关峭度解卷积的滚动轴承多故障诊断
>胡爱军，赵军
滚动轴承存在多个故障时，由于各故障响应之间相互干扰，会使包络谱诊断效果不佳。最大相关峭度解卷积(MCKD)是用于增强周期性脉冲的有效工具，然而，MCKD的滤波器长度参数和移位数需要人工设定，并且在复杂条件下运行的轴承对参数的要求较高。针对此情况，提出了一种自适应最大相关峭度解卷积的滚动轴承多故障诊断方法。该方法以最大相关峭度解卷积信号的包络谱的谱相关峭度值作为目标函数，采用人工鱼群算法，自适应得到MCKD的最优参数，利用参数优化的最大相关峭度解卷积实现滚动轴承多故障分析。滚动轴承多故障仿真及轴承内圈多故障实验分析表明，该方法可以有效提取故障特征，实现滚动轴承多故障的准确诊断。
2019 Vol. 38 (22): 171-177 [
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178
双粗糙滑动表面间接触热导研究
>刘雨薇1，叶福浩2，李和言3，吴健鹏4, 孙能祥1
粗糙表面之间的接触热导对机械设备的可靠性和使用寿命具有非常重要的影响。本文对相对滑动的两个粗糙表面之间的有效接触热导进行了分析和预测，得到了适用于不同Pe数下的接触热导计算公式。研究表明：高Pe数下，滑动粗糙表面间的有效接触热导不仅与接触压强、材料热物性参数以及表面粗糙度有关，而且与滑动速度的平方根成正比；低Pe数或者静态下，材料参数、微凸体峰顶半径一定时，有效接触热导与接触压强成近似线性关系。该研究结果可为表面强化换热提供设计依据。
2019 Vol. 38 (22): 178-183 [
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184
加筋橡胶砂复合垫层隔震性能试验研究
>刘方成1，吴孟桃1,2，景立平3
针对地震中破坏严重的村镇低层房屋结构，提出土工加筋橡胶砂复合垫层隔震方法。用橡胶砂、土工格室和土工格栅构造厚度为200 mm、填料配比为30%的加筋橡胶砂复合垫层，考虑粗砂和细砂两种砂粒径的橡胶砂，在3种基底压力（50 kPa, 100 kPa, 150 kPa）、3种地震波输入加速度（El Centro 0.1g, 0.2g, 0.3g）下进行振动台试验。结果表明：加筋橡胶砂复合垫层具有良好的隔震效果，减震系数随着基底压力和输入加速度的增大而减小；砂粒径大的复合垫层隔震效果更好，减震系数受基底压力和输入加速度的影响更大；与已有文献对比发现，加筋橡胶砂复合垫层的隔震效果整体优于纯橡胶砂垫层，可作为农村低层房屋隔震的一种可行方法。
2019 Vol. 38 (22): 184-189 [
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190
基于VMD散布熵与改进灰狼优化SVDD的轴承半监督故障诊断研究
>付文龙1,2，谭佳文1,2，王凯1,2
为充分挖掘未标记样本所蕴含的有效信息，进而提升诊断精度，研究提出一种基于变分模态分解（VMD）散布熵与改进灰狼优化支持向量数据描述（SVDD）的轴承半监督故障诊断方法。首先采用中心频率观察法确定VMD分解模态参数K，进而将原始信号分解为一系列本征模态函数并计算各分量的散布熵值，构成测试样本和部分标记的训练样本；再由半监督模糊C均值（SSFCM）聚类对训练样本进行聚类分析，从而对所得聚类簇进行SVDD建模，同时采用k近邻准则进行决策优化，并由所提自适应变异灰狼算法优化SVDD模型参数；最后将基于最优参数训练的改进决策SVDD模型用于测试样本的故障模式识别。试验分析和对比结果表明，所提方法具有较好的诊断性能。
2019 Vol. 38 (22): 190-197 [
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198
基于Weibull分布的岸桥铰点退化特征提取方法研究
>侯美慧,胡雄,王冰,孙德建
港口岸桥结构复杂，铰点是小车轨道的关键连接部件。长期承受高速、重载下装卸作业带来的冲击，铰点振动信号具有明显的非线性与非平稳特征。为了准确分析岸桥铰点的性能退化状态，提出一种基于Weibull分布的铰点退化特征提取方法。该方法首先采用局部最小值法滤除本底噪声，然后对去噪后的数据建立Weibull分布模型，并应用EDF统计量验证分布的可靠性。提取Weibull分布模型的尺度参数和形状参数，以此作为铰点的性能退化特征参数。采用实际工况下采集的全寿命铰点振动信号进行实例分析，结果表明了该方法的有效性。
2019 Vol. 38 (22): 198-203 [
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204
Pekeris水声波导环境中水面和水下状态船体辐射噪声的差异分析
>邹明松1,2,3 刘树晓1,2
本文基于一个实尺度的单层壳水下船舶结构声辐射计算模型，加载典型的船舶机械激励力。采用Pekeris水声波导环境中的船舶三维声弹性分析方法，计算该模型在极浅水环境水面状态下以及浅海环境水下状态下的辐射噪声。通过数值结果的定量分析，揭示了极浅水环境水面状态下船体水下辐射噪声存在的一些特点，同时，说明了极浅水环境水面状态与浅海环境水下状态下船体辐射噪声的差异。
2019 Vol. 38 (22): 204-209 [
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210
航空发动机附件齿轮行波共振噪声测量与分析
>何刘海 吴桂娇 王平 武昌耀
航空发动机附件齿轮由于行波共振会引起成块断裂的破坏。针对航空发动机转速高、测量环境复杂、信噪比低等特点，为了准确测量行波共振转速，设计合适的声波导管，将齿轮产生的机械噪声以平面波的形式从附件机匣内部传递出来，布置声传感器测量齿轮噪声，然后对声信号进行时频分析，获得齿轮的行波共振转速、频率及激励源。其结果与有限元计算结果相比最大误差为3.75%，验证了准确性。最后对比分析了齿轮在不同边界条件下的行波共振转速，结果显示边界条件对高阶行波频率影响较小，为航空发动机齿轮设计和故障诊断提供了简单、有效的手段。
2019 Vol. 38 (22): 210-215 [
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216
一类分数阶分段光滑系统的非线性振动特性
>王军1，申永军1，杨绍普1，温少芳2， 王美琪1
分析了一类含分数阶的单自由度分段光滑系统的振动特性。首先，建立了单自由度分数阶分段光滑系统的数学模型，采用平均法得到了系统的周期解，并与数值解进行了对比，二者吻合效果较好。其次分析了周期解幅频响应的跳跃现象及可能出现的鞍结分岔与擦边分岔，并利用数值仿真着重研究了分段刚度与阻尼、分数阶系数与阶次、分段间隙等参数对幅频响应及其稳定性的影响。最后基于奇异性理论对分岔方程进行了分析，得到了转迁集和系统分岔图，从而反映出该系统在不同参数区间的振动特性。
2019 Vol. 38 (22): 216-223 [
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224
基于VMD和SVDD的滚动轴承早期微弱故障检测和性能退化评估研究
>王斐1，房立清2，赵玉龙2，齐子元2
针对滚动轴承早期微弱故障检测及故障状态监测问题，提出了一种基于变模态分解（variational mode decomposition, VMD）分解和支持向量数据描述（support vector data description, SVDD）的滚动轴承性能退化评估模型。首先对振动信号进行VMD分解，选取对性能退化较为敏感的本征模态分量，提取其奇异值，并结合信号的时域特征指标，复杂度指标组成特征向量矩阵作为滚动轴承综合特征指标。其次，以正常状态下的综合特征指标作为训练样本完成SVDD评估模型的构建，利用滚动轴承全寿命试验数据进行评估模型的验证；最后实验结果表明，该评估模型可以准确检测到滚动轴承早期微弱故障阶段的发生，同时可以很好的揭示滚动轴承性能退化规律，其评估效果优于模糊均值聚类（Fuzzy Mean Clustering，FCM）方法。
2019 Vol. 38 (22): 224-230 [
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231
泡沫铝夹芯结构对中低速FSP的抗侵彻特性研究
>张元豪1，2，程忠庆2，方志威3，侯海量1，朱锡1
为研究泡沫铝夹芯结构的不同组合形式在中低速FSP侵彻下的抗弹性能及破坏机理，开展了系列弹道试验，分析了夹芯结构的破坏模式，得到了前后面板厚度大小、后面板分层对夹芯结构抗弹性能的影响。研究结果表明：在中低速FSP侵彻下，泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切破坏，其背弹面发生明显的撕裂破坏；前面板发生绝热剪切破坏，弹孔周围产生明显的碟形弯曲变形；后面板发生塑性变形和拉伸破坏，后面板较薄时，还相应出现花瓣开裂现象。在总面密度相同的情形下，夹芯结构的后面板越厚，整体单位面密度吸能越高，抗弹性能越好；将后面板分层后，整体抗弹性能较不分层有所提高。
2019 Vol. 38 (22): 231-235 [
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236
基于拓扑网格方法的多钝体流致振动分析
>丁林 邹瑞 张力 邹群峰
多钝体流致振动是一个较为复杂的流固耦合过程，普遍存在于自然界和工程领域。为了减小高幅振动时网格变形引起的计算误差，本文基于非定常Navier-Stokes方程对二维双圆柱和三圆柱、三维双圆柱流致振动进行数值求解，采用耦合界面结合拓扑网格变形技术，实现流体与多个运动钝体之间的耦合计算。将数值结果与实验进行比较分析，验证了该数值方法是处理高振幅多钝体流致振动的有效方法。研究结果表明上游圆柱的存在对下游圆柱流致振动和旋涡形成产生明显影响。串列双圆柱流致振动振幅和频率响应与实验测试趋势一致，清晰观察到了涡致振动初始分支和上部分支；并且当Re>8×104时，圆柱流致振动由涡致振动向驰振过渡。圆柱尾涡形态随流致振动分支切换发生变化，当驰振发生时，下游圆柱的尾涡形态受上游圆柱影响难以捕捉。随着双圆柱间距增大，低Re时下游圆柱受到上游圆柱的抑制作用减弱。三维多柱体流致振动计算结果更接近实验值，如何提高三维数值计算速度将是下一步研究工作的重点。
2019 Vol. 38 (22): 236-243 [
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244
航空发动机离心叶轮高阶模态振动故障研究
>雷沫枝1，2 胡国安1 王月华1 王国文1阎伟巍1 刘超1
研究某航空发动机离心叶轮叶片高周疲劳断裂掉块故障。采用有限元计算分析，确定叶轮激振频率范围内的振动模态及应力分布，选取了对叶片各阶振动模态具有足够敏感性的位置安装应变计。叶片动应力测试获得了叶片大应力振动对应的叶轮共振频率、共振转速及激振源。利用计算和试验获得的数据进行叶片高周疲劳强度分析，提出排故措施并验证。研究结果表明：叶片断裂掉块故障原因是叶轮的高阶模态共振在叶片故障部位形成大应力，超过了其许用应力水平。提出的排故措施有效。发动机研制过程中应通过计算分析和动应力测试充分研究构件在激振频率范围内的各阶振动。
2019 Vol. 38 (22): 244-250 [
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251
易碎钨合金杆侵彻间隔靶的实验与仿真研究
>刘铁磊1，沈培辉1，薛建锋2
易碎弹在侵彻多层靶板时，会带给前后间隔靶程度不一的破坏。其破坏程度和弹丸初速，弹体易碎特性相关。利用FEM-SPH耦合仿真的方法，在相同工况下，对实验进行了数值模拟，为量化靶板的破坏程度，提出以靶板质量损失率和靶板面积增加率作为评价靶版破坏程度的指标，并求得对应靶板的指标参数，最后将两指标叠加，作为评价靶板破坏程度的破坏指数。比较破坏指数可以证明易碎弹较普通弹对靶板具有明显的破坏作用，且速度越高，破坏程度越大，仿真结果和实验基本一致。
2019 Vol. 38 (22): 251-256 [
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含隔板球形贮箱液体晃动激励频率影响分析
>马亮 1,刘昊 1,魏承 1,汤亮 2,赵阳 1
针对航天器球形贮箱液体大幅晃动问题，采用光滑粒子流体动力学方法（SPH方法）对液体进行建模：基于SPH方法基本方程推导出N-S方程的数值解，并给出人工粘度项、压力项表达式，选择动态边界法处理边界计算问题。建立光滑内壁球形贮箱及带防晃隔板球形贮箱两种模型，设计力模式、运动模式两种激励形式并选择三种激励频率进行仿真分析，分别记录舱壁受力及测点压强。仿真结果表明：激励频率取为1.5Hz时，舱壁受力最大；隔板能够减弱液体晃动对舱壁产生的作用；液体晃动现象的产生使得舱壁在y, z两方向的受力均增大；位于液面以下的舱壁所受压力具有“双波峰”特性，而隔板的存在对压力峰值具有“平均化”效果，避免局部压力过大；位于液面以上的舱壁所受压力表现为“脉冲波”形式，随激励频率的增加隔板对舱壁压力的削弱效果越明显。
2019 Vol. 38 (22): 257-262 [
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263
基于结构反求的折线轴无试重动平衡方法
>徐远，易均，邓合，周帆，韩志甲，曾明浩
摇摆式气体循环增压泵（摇摆泵）在研制过程中，需对折线轴进行无试重、多方案快速动平衡。针对现有动平衡方法的不足，通过模态分析，构建了以直轴配重块质径积、斜轴配重块质量和质心偏移距离为变量的折线轴动平衡状态参数模型。根据质心计算公式，结合数学建模和结构优化，建立了以质量和质心位置为目标值的四元参数化结构反求方法，成功设计出符合动平衡方案的配重块。建立轴承支撑模型，对该无试重动平衡方法进行了仿真，并通过测量实际配重时的振动加速度，对动平衡方案进行了验证。结果表明，该方法可提供多种动平衡方案以便摇摆泵的迭代设计，所有方案均能有效地降低折线轴旋转时的不平衡量。
2019 Vol. 38 (22): 263-270 [
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