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2020年 39卷 1期
刊出日期：2020-01-15
论文
论文
1
大跨连续刚构桥双肢薄壁墩抗震性能研究
>陈爱军，彭容新，王解军，贺国京
为获得双肢薄壁墩在地震作用下的破坏形态与力学性能，采用低周反复荷载试验探讨了不同轴压比、主筋率及体积配箍率对该类型桥墩抗震性能的影响，得到了各试验墩的破坏特性、滞回曲线、位移延性与耗能性能。试验结果表明: 各试验墩的破坏形态基本相似，大体可分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段、弯曲破坏阶段。试验墩在墩底及系梁处破坏严重，其中墩底与墩顶出现显著的弯曲破坏，系梁处出现“X形”裂缝。主筋率较高的双肢薄壁墩滞回曲线较为饱满，耗能性能良好，适当提高轴压比可显著提高该桥墩的延性性能。各试验墩的变形能力较好，位移延性在2.63~3.68，变化幅度较大，主筋率对延性影响显著。
2020 Vol. 39 (1): 1-7 [
摘要
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8
基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究
>张鲁顺1，赵国堂1,2
季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀，影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应，建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型，对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明：冻胀发生区段轮轨动力响应增大，列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求，但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大；轨道板和底座板振动加剧，在计算冻胀波长和幅值范围内，离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求，容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏，且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大；轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切，路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态，需要在设计中提出控制裂纹的措施，行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。
2020 Vol. 39 (1): 8-14 [
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15
行星齿轮箱齿轮组合故障振动频谱特征
>李肖，冯志鹏
行星齿轮箱的局部故障容易发展成为组合故障，复合故障频谱特征与局部故障有明显区别。研究太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、行星轮与齿圈等组合故障频谱结构对行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑组合故障对振动信号的调幅-调频作用，以及时变振动传递路径的调幅作用，建立了组合故障振动信号模型，推导了Fourier频谱公式，总结了组合故障的频谱特征规律。推导了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮两两组合故障以及太阳轮、行星轮与齿圈三种齿轮同时故障的特征频率计算公式。通过行星齿轮箱实验信号分析验证了理论推导结果，基于Fourier频谱分析诊断了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮组合故障。
2020 Vol. 39 (1): 15-23 [
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24
基于广义Morse小波和EWT的移动荷载下结构时变频率识别
>王超1,2,朱宏平2
提出了基于广义Morse小波和经验小波变换的移动荷载作用下结构时变频率识别方法。首先介绍了经验小波变换技术和广义Morse小波特性，采用经验小波变换对结构响应信号进行分解，对分解得到的不同经验模式成分采用广义Morse小波分析，提取信号小波脊线识别结构瞬时频率。用一个数值算例验证了方法的有效性和精度。随后设计了一个移动小车通过钢板梁的模型试验，采用该方法识别其时变频率并与有限元计算结果进行对比分析，进一步验证方法的效果。
2020 Vol. 39 (1): 24-28 [
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29
考虑导线偏心覆冰对四分裂导线舞动的影响
>伍川1,2，叶中飞1,2,严波3，杨晓辉1,2，张博1,2，吕中宾1,2
采用风洞试验获得典型新月形覆冰四分裂导线的升力、阻力和扭矩系数随风攻角的变化规律。基于ABAQUS有限元软件提出一种考虑偏心覆冰作用的导线数值模拟方法，并利用算例验证了该方法的正确性。在此基础上，利用ABAQUS用户自定义子程序UEL编写气动载荷单元，实现考虑偏心覆冰作用的导线舞动数值模拟方法。采用该方法与传统数值模拟方法对典型新月形覆冰四分裂导线的舞动特征进行对比分析。结果表明，该方法能准确反映覆冰导线运动过程的扭转特性。考虑偏心覆冰作用后，覆冰四分裂导线的位移和扭转角幅值明显增大，振动形态更为复杂。因此，在研究覆冰导线舞动时，有必要考虑偏心覆冰作用的影响。
2020 Vol. 39 (1): 29-36 [
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37
电磁-碰撞复合阻尼系统减振性能研究
>胡溧,黄显锋,杨啟梁,崔玉定
提出了一种新型电磁-碰撞复合阻尼减振方法，通过理论推导，建立振动系统在复合阻尼作用下的振动力学模型。通过实验，分别测得相同初始位移激励下振动系统的自由振动、加碰撞阻尼的振动以及加电磁-碰撞复合阻尼的振动曲线。实验验证了复合阻尼系统减振效果和理论计算的正确性。实验结果表明：与自由振动相比较，加碰撞阻尼和加电磁-碰撞复合阻尼能够加快减小振动系统振动的振幅，其中电磁-碰撞复合阻尼的减振效果最明显。最后利用理论模型得到了不同结构参数对复合阻尼系统减振效果的影响规律，并对复合阻尼系统进行了参数优化设计。
2020 Vol. 39 (1): 37-42 [
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43
基于替代模型的岸桥随机有限元模型修正
>秦仙蓉，詹澎明，赵书振，潘杰，孙远韬，张氢
研究了考虑参数随机不确定性的岸桥有限元模型修正问题。首先，假设岸桥的待修正参数和模态参数都服从正态分布,将不确定性模型修正问题转化为均值和标准差的修正问题；其次，以某岸桥为研究对象，进行风振响应实测，利用随机子空间法得到岸桥前4阶实测模态参数；最后建立岸桥的有限元模型，基于Kriging替代模型及多目标遗传算法对岸桥结构进行有限元模型修正。结果表明，考虑参数不确定性的随机有限元模型修正方法能有效修正岸桥结构参数的均值和标准差。
2020 Vol. 39 (1): 43-48 [
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49
高延性混凝土加固高轴压比剪力墙抗震性能试验研究
>张阳玺1，邓明科1，高登科2
为提高高轴压比下（低矮）剪力墙的抗震性能，提出采用高延性混凝土（HDC）面层对其加固。设计了3片剪跨比为1.1的混凝土剪力墙，其中1片为对比试件，其余2片分别采用HDC面层和钢筋网HDC面层进行加固。通过拟静力试验，研究剪力墙试件的破坏形态、变形能力、耗能能力及刚度退化特性。试验结果表明：采用HDC面层加固的剪力墙试件，加固层裂而不坏，与内部墙体协同工作性能良好，可对内部混凝土形成一定的约束作用，改善了剪力墙的脆性剪切破坏特征；HDC面层能有效提高剪力墙的受剪承载力、变形能力和耗能能力；在HDC面层中配置钢筋网片使加固面层斜裂缝开展延缓，可充分发挥HDC良好的拉伸性能和耐损伤性能，使加固试件在破坏阶段的刚度退化缓慢。基于软化桁架模型，考虑HDC加固层贡献，提出了加固试件的受剪承载力公式。
2020 Vol. 39 (1): 49-56 [
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57
基于超磁致伸缩驱动器的油膜轴承-转子系统的稳定性研究
>吴超1,2，尹雪梅3，马明飞4，王文4，张直明4
以超磁致伸缩驱动器(GMA)油膜轴承-柔性转子系统为研究对象，计入轴承质量和转子刚度建立了包括GMA磁滞伸缩力模型在内的动力学方程，利用Routh-Hurwitz准则，推导了GMA油膜轴承所支承的单质量弹性对称转子系统的稳定性判据。考察了驱动GMA的反馈电流的相位角和电流大小、转子刚度、转子质量和轴承质量对系统失稳转速的影响。结果表明，反馈电流的相位角对系统失稳转速影响很大，存在一个最佳值，使系统的失稳转速最高，系统稳定性最佳，并随着反馈驱动电流和转子刚度的增大，失稳转速明显增大；随着转子质量的增加，系统的失稳转速也是增加的，而轴承的质量对系统的失稳转速影响不大。计算结果在GMA油膜轴承-转子系统整体建模方面有一定的意义。
2020 Vol. 39 (1): 57-61 [
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潜孔锤破岩系统动力学特性研究
>蔡芝源1，江红祥1,2
为深入研究潜孔锤破岩过程中推进力、激振频率等对潜孔锤破岩系统特性的影响，基于弹簧、阻尼、滑动器等元件建立了考虑潜孔锤与岩石局部接触、完全接触状态的动力学模型。分别建立不同状态下系统的动力学方程，并基于阶跃函数建立破岩系统的连续无量纲微分方程组，采用龙格-库塔法求解获得不同状态下的潜孔锤钻头位移图、速度图、相空间图以及庞加莱截面图。结果表明：破岩系统的运动状态随推进力改变而改变，当系统处于周期-1状态时，系统相对较稳定且破岩效率最佳；随着激振力频率增大，系统稳定的区间范围随之增加，但破岩效率反而降低。破岩系统动力学特性研究结果为潜孔锤在实际工作中的参数确定提供理论依据。
2020 Vol. 39 (1): 62-69 [
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70
浅水爆炸下高桩钢管柱表面作用荷载实验研究
>庄铁栓1,2，王明洋1，伍俊2，张涛2，杨程宇2，闫民华2
通过不同炸药量、不同爆炸距离、不同起爆深度的水中爆炸模型实验，研究了浅水爆炸条件下高桩钢管柱表面压力特征和空间分布规律，分析了比例爆距对冲击波峰值及空间分布影响，给出了钢管柱表面冲击波反射系数、绕射系数和抗爆设计中实际作用冲击波的工程算法。研究结果表明：水中爆炸作用下，反射和绕射冲击波近似同时作用在钢管柱表面，峰值沿柱身高度方向非均匀分；冲击波受水面影响程度相对较小，二次气泡脉动受水面影响程度较大；反射和绕射冲击波峰值均随炸药量增加、作用距离减小而增加。比例爆距相同，反射冲击波峰值相同，但炸药量小、爆炸距离近的实验工况绕射冲击波峰值相对较小；钢管柱表面冲击波反射系数和绕射系数随比例爆距增加而减小。比例爆距≥1.71时，钢管柱实际作用冲击波峰值可近似按自由场冲击波峰值的1.37倍计算。
2020 Vol. 39 (1): 70-78 [
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79
基于MRD的水轮发电机组轴系非线性振动控制
>孙万泉1,2，张宁1
考虑多种非线性因素作用下，将磁流变液阻尼器（MRD）引入水轮发电机组非线性振动模型中，建立了基于磁流变液的机组非线性动力模型，研究磁流变液对水轮发电机组轴系振动的影响。通过与传统机组非线性模型进行对比研究，结果表明，使用MRD阻尼被动控制，能够明显改善水轮发电机组系统的动力响应。MRD可以在机组系统周期运动时减小其振幅和速度响应，而不改变其运动形式;并能够抑制某些过渡工况下转速升高后出现的复杂拟周期运动，并减小其振幅波动。
2020 Vol. 39 (1): 79-84 [
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85
基于增量谐波平衡方法的Spar平台垂荡纵摇耦合内共振响应研究
>杜亚震，王文华，黄一
针对经典的Spar平台垂荡纵摇耦合运动问题，为解决传统小参数摄动方法和时间步进分析方法的不足，提出将增量谐波平衡方法（Incremental Harmonic Balance Method, IHBM）应用于研究其内共振响应特性。根据Floquet稳定性分析理论，对周期解的稳定性和分叉特性进行分析;在此基础上，通过将该方法与增量弧长法相结合，实现了快速、连续获得Spar平台垂荡纵摇耦合周期运动响应的目的;将IHBM计算结果与时域模拟和多尺度法计算结果进行对比，验证了该方法的准确性和高效性，该方法能够准确预测当波浪激励力频率满足一定条件，系统发生内共振时引起的纵摇不稳定运动现象。对于垂荡纵摇耦合产生的概周期运动，该方法结合Floquet理论能准确预测其发生的参数区间，从而为该周期运动的分析提供良好的基础。
2020 Vol. 39 (1): 85-90 [
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91
中小尺度嵌套下考虑停机位置的大型风力机体系风振响应分析
>徐璐1,3,柯世堂1,2
国内外风工程界采用的风力机体系风效应分析方法通常基于良态气候模式，而台风边界层风特性不同于良态气候模式，台风作用过程中会表现出明显的时空变异性和多尺度涡结构。针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题，引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式（WRF）对“鹦鹉”台风进行高时空分辨率模拟，重点对比台风登陆前、登陆时和登陆后台风风向和风强特征，并结合模拟台风中心路径与实测路径的对比结果验证了中尺度台风“鹦鹉”模拟的有效性。以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象，基于WRF模拟获得近地面三维风场数据，并结合小尺度CFD大涡模拟技术分别对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟。在此基础上，结合有限元完全瞬态法对不同停机工况进行了风振响应动力时程分析，提炼出停机位置对体系风振响应和风振系数的影响规律，最终归纳总结了台风作用下大型风力机体系最不利停机位置。结果表明：采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场，拟合的台风剖面指数为0.076；台风下塔架内力和风振系数显著增大，尤其是与塔架相对位置最近的叶片风振响应最为不利，内力最大增幅达35%。分析发现：当台风作用下大型风力机处于停机状态，下叶片与塔架完全重合（工况1）时为最不利，旋转至上叶片完全重合（工况5）时安全余度最大。
2020 Vol. 39 (1): 91-101 [
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102
基于模态频率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测
>刘文光，王耀斌
从试验出发，研究了含V型缺口悬臂梁在循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展特性及其模态频率变化规律，分析了模态频率与裂纹扩展增量间的关联性。将裂纹扩展增量作为损伤参量，建立了基于模态频率下降率与损伤参量的关系。基于损伤力学，建立了裂纹损伤与循环加载次数的演化模型。结合模态频率下降率与裂纹损伤参量的关系，提出了一种基于模态频率下降率的缺口梁疲劳裂纹扩展寿命预测方法，实现了基于当前裂纹损伤和对应循环次数的疲劳裂纹扩展剩余寿命预测。结果表明，模态频率下降率对缺口梁的疲劳裂纹扩展寿命敏感，该方法预测的疲劳裂纹扩展寿命与实测的疲劳裂纹扩展寿命基本吻合。
2020 Vol. 39 (1): 102-108 [
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109
非平稳行驶条件下重型汽车轮胎动载特性分析
>李金辉1,2，徐立友1，张柯柯2
为分析非平稳行驶条件下重型汽车轮胎附加动载特性、探讨与匀速平稳行驶工况下的差异，基于车辆行驶动力学理论，建立三轴重型汽车系统动力学模型和路面非平稳随机激励时域模型，采用MATLAB/Simulink软件仿真分析了车辆非平稳行驶条件下轮胎动载的响应规律，并与匀速平稳行驶条件下的分析结果进行比较。结果表明：车辆加速时轮胎动载荷幅值变大、减速时动载荷幅值减小；车辆等时通过同一段道路时，匀速平稳行驶时的动载荷较小；随着加速度、初速度和路面不平度的增加，动载荷幅值变大。研究结果可为精确模拟车辆轮胎动载荷、道路友好性分析和路面损伤破坏预测提供参考。
2020 Vol. 39 (1): 109-114 [
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115
解相关多频率经验模态分解的故障诊断性能优化方法
>詹瀛鱼1,2,程良伦1,2，王涛2
针对故障诊断中采用EMD方法存在模态混叠现象，引起故障特征提取精度低的问题。提出了一种解相关多频率经验模态分解（Decorrelation Multiple-Frequency Empirical Mode Decomposition, DMFEMD）方法，首先对初始信号添加多个频率的掩蔽信号，初步分解其中不同频率比的信号分量得到多个IMF分量；其次计算相邻IMF之间的相关系数并对其解耦，进一步分离IMF中存在混叠的部分，得到最优IMF；最终，从原始信号中减去最优IMF，然后重复上述步骤，直到残余分量为常数或单调。由于保证了IMF之间互不相关且互不干扰，因此模态混叠现象显著减弱，有效提高故障特征提取精度。利用排列熵算法对一系列最优IMF构造特征样本集，引入SVM建立故障分类模型，实现设备故障诊断。通过试验证明，DMFEMD与传统的方法相比，能有效分离不同频率比混合信号，提高分解效果。同时以轴承振动信号为例，DMFEMD可以更好的提取轴承的故障特征，结合PE与SVM能够实现不同故障类型的高效精确的诊断。
2020 Vol. 39 (1): 115-122 [
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123
基于特征处理的MVU算法在齿轮故障诊断中的应用
>陈俊康，陈小虎，王旭平，蒋成伟
针对不同故障类别齿轮的故障信息难以有效获取、齿面多类故障难以准确聚类的问题，提出一种基于特征处理的最大方差展开（Maximum Variance Unfolding，MVU）维数简约的齿轮故障诊断模型。首先对获取的振动信号进行最小熵反卷积（Minimum Entropy Deconvolution，MED）预处理，将高低频段进行分离并筛除不确定信号，并在多域上提取信息熵作为特征指标；而后，利用样本点分布矩阵筛选高效表征特征指标并构建高维特征空间，并利用改进的MVU算法对其进行维数简约，获取低维的真实子空间；最后，将其输入到超球多类支持向量机中进行超球构造与分类识别。通过实验数据的分析对比验证模型的有效性。
2020 Vol. 39 (1): 123-130 [
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131
谱峭度方法在柔性薄壁轴承故障特征频率提取中的应用
>陈辉,李伟光,林鑫,崔俊宽
柔性薄壁轴承是一种特殊的轴承，工作时其内、外圈都受力变形为椭圆，这导致正常柔性薄壁轴承的振动信号存在周期性冲击，这种冲击背景使柔性薄壁轴承的故障特征提取更为困难。谱峭度方法是利用峭度对信号中的瞬态成分敏感这一特性，根据峭度值最大原则来准确提取共振带，克服了传统共振解调技术存在带通滤波器参数需要人工预先确定的缺陷。对自适应谱峭度，基于滤波器组的快速谱峭度以及基于短时傅里叶变换的快速谱峭度进行了对比分析，利用它们提取柔性薄壁轴承内、外圈故障特征频率，对这三种方法的特征提取效果进行了比较，结果表明自适应谱峭度方法更适合于提取柔性薄壁轴承的故障特征频率。
2020 Vol. 39 (1): 131-139 [
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140
表面损伤的斜拉索平均气动阻力特性的试验研究
>刘庆宽1, 2，张磊杰3，王晓江3，贾娅娅1, 2，胡波4，马文勇1, 2，刘小兵1, 2
斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件，其风荷载设计在桥梁抗风设计中具有重要意义。斜拉索在生产、运输和安装过程中有可能受到损伤，针对不同程度表面损伤的斜拉索，利用风洞测力试验，研究了亚临界、临界和超临界雷诺数区域损伤程度对斜拉索气动阻力的影响，并得到了表面损伤斜拉索气动阻力的计算方法。结果表明：在一定的风向范围内，斜拉索表面损伤对其气动阻力影响显著，在亚临界区，表面损伤模型阻力系数大于光滑模型；进入临界区后，表面损伤模型的阻力系数则小于光滑模型；在超临界区，二者又比较接近。随着划痕的加深，临界区起始雷诺数提前，且在临界雷诺数区，随着雷诺数的增大，阻力系数减小。对不同损伤程度斜拉索的阻力系数进行拟合，得出相应的计算公式，以方便斜拉索气动阻力的估算。
2020 Vol. 39 (1): 140-149 [
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150
挤压油膜阻尼器同心度及碰摩对转子振动特性的影响
>李岩，廖明夫，王四季，赵清周，赵璐
为了探明挤压油膜阻尼器存在不同心度以及碰摩故障时转子系统的振动特性，建立了带挤压油膜阻尼器的转子系统动力学模型，考虑了阻尼器不同心度以及油膜环碰摩故障等因素，并搭建实验器系统进行了实验验证。理论分析与实验结果表明，转子涡动半径越大，阻尼器的安装不同心度对转子振动影响越强；挤压油膜阻尼器不同心度越大，转子振动幅值越小，但非线性振动风险迅速增加；阻尼器偏心比过大时油膜内、外环可能发生碰摩，激起转子反进动固有频率，且振动幅值表现出剧烈波动现象。
2020 Vol. 39 (1): 150-168 [
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157
基于风洞试验和数值模拟的双矩形断面涡振气动干扰研究
>马凯，胡传新，袁万城，周志勇，党新志
采用节段模型风洞试验和CFD数值模拟对宽高比为5∶1的双幅矩形断面涡振气动干扰进行了研究。分析了不同水平间距对双矩形断面竖弯和扭转涡振响应的影响。在水平间距比为1.2时进行了动态压力测试，并分别对竖弯和扭转涡振风速下的脉动风压场进行POD分析。结果表明双矩形断面间存在显著的气动干扰，且一般而言下游断面的涡振响应大于上游断面。前两阶本征模态与双矩形断面涡振相关联，由前两阶本征模态可重构脉动风压场。CFD数值模拟的结果表明双矩形断面的涡振符合“撞击剪切层失稳机制”，且一个周期内上游断面下风向以及下游断面上风向区域的流动变化较为显著。CFD模拟与POD分析的结果相符合，两者相结合可用于分析双矩形断面的涡振现象。
2020 Vol. 39 (1): 157-183 [
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169
单面碰撞TMD及其桥梁涡激振动控制研究
>王修勇1，胡仁康1，邬晨枫1，王文熙2，陈宁1
单面碰撞调谐质量阻尼器（SS-PTMD）是一种新型减振装置，通过惯性力和黏弹性碰撞进行结构减振，针对SS-PTMD动力性能、碰撞力模型与验证、SS-PTMD桥梁节段模型涡振控制等开展了理论与试验研究。根据质量块单边运动受限和碰撞的特点，获得了SS-PTMD的动力特性；开展了钢-黏弹性材料碰撞试验，提出了碰撞力模型，根据试验数据识别了碰撞力模型参数，并验证了碰撞力模型；通过1∶40桥梁节段模型涡激振动风洞试验，发现+7°风攻角下出现了明显的涡激振动，根据简谐力涡激力模型识别了模型气动参数；采用仿真分析评估了SS-PTMD控制桥梁涡激振动的效果，在质量比2%及最大涡振振幅风速条件下的减振效率达到87%；通过风洞试验研究了SS-PTMD涡激振动控制效果，在质量比2%及最大涡振振幅风速条件下的减振效率达到92%；理论分析和试验结果表明，SS-PTMD对桥梁涡激振动具有很好的减振效果。
2020 Vol. 39 (1): 169-174 [
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175
基于VMD的建筑结构模态参数识别
>孙猛猛1，郅伦海2，3
在建筑结构的健康监测、控制和状态评估中经常遇到的一个关键性问题是如何根据实测响应信号准确估计结构阻尼比及自振频率等模态参数。基于变分模态分解（VMD）提出一种新的结构模态参数识别方法。该方法首先对实测振动信号进行VMD分解，获得单模态信号，然后采用自然环境激励技术（NEXT）得到单模态信号的自由衰减响应，最后利用直接插值法（DI）和曲线拟合获得结构的自振频率和阻尼比。通过三层框架结构的数值模拟验证了该方法的准确性及可靠性。利用该技术对台风“达维”作用下广州中信广场的实测加速度数据进行分析，并将估计的结构模态参数和其他识别方法的分析结果进行对比，进一步验证了该方法的准确性和有效性。
2020 Vol. 39 (1): 175-183 [
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184
模拟破片杀伤战斗部空爆冲击波与高速破片群联合作用的等效试验方法
>李茂1,2，侯海量1，朱锡1，李典1，李永清1，陈长海1
破片杀伤战斗部空爆冲击波与高速破片群联合毁伤作用下目标结构的毁伤特性、防护效能等是当前防护领域的热点和难点，但目前的试验研究手段和方法存在不足，为此，提出采用等效缩比战斗部（其原理为炸药爆炸驱动预制破片分散）来模拟破片杀伤战斗部，可作为进行空爆冲击波与高速破片群对防护结构的联合毁伤作用的实验方法。在确定防御目标战斗部、防御目标弹丸和几何缩尺比的基础上，根据爆炸力学相关经验公式，提出了求解等效缩比战斗部的装药和预制破片的相关参数的等效计算方法。该等效试验方法考虑了多破片侵彻的增强效应以及与爆炸冲击波的联合毁伤增强效应，且等效计算方法参数较少、简单实用。
2020 Vol. 39 (1): 184-190 [
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191
双层桥面桁架梁软颤振特性风洞试验研究
>伍波1,2，王骑1,2，廖海黎1,2
随着城市交通量的日益增大，双层桥面桁架梁的应用需求日益增加，研究其颤振特性有助于提升该类加劲梁的抗风设计水平。以武汉杨泗港长江大桥双层桥面桁架主梁为对象，利用节段模型自由振动风洞试验，测试了该主梁模型在不同工况下的软颤振特性，对比了不同风速条件下软颤振形态的异同。研究表明，双层桁架梁在试验中表现出了明显的软颤振特性，其振幅也随风速增加而增大。在0°风攻角的各级试验风速下，软颤振形态均表现为偏心扭转运动；在3°和5°风攻角下，起初表现为弯扭耦合运动，随着风速增大，弯扭耦合运动相位差逐渐减小；当风速增大到某个值后，弯扭耦合相位差为零，耦合颤振转变为偏心扭转颤振。无论是在连续的升风到降风过程中，还是在固定风速下给予不同初始激励，模型的软颤振振幅与折算风速之间具有唯一对应关系，不存在同一折算风速对应不同振幅的情况以及不同折算风速对应相同振幅的情况。最后从气动阻尼同时随振幅和折减风速变化的角度初步解释了双层桁架梁软颤振的发生机理。
2020 Vol. 39 (1): 191-198 [
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199
基于振动分布特征的电力变压器绕组故障诊断
>杨毅1，刘石1，张楚1，韩丹1，孟源源1，胡异炜2，郑婧2，黄海2
振动分析法是实现电力变压器带电监测与故障诊断的重要手段，而基于振动分析法的故障诊断方法的关键在于从复杂的油箱壁振动信号中提取出状态特征（值或矢量）。传统的状态特征提取方法大多选取单个测点的振动信号进行时域或频域特征的提取，往往忽略了各测点间的振动分布特征。从振动重心的角度对振动分布的幅值重心及重心轨迹进行研究与分析，能够提出四个量化参数。在四个量化参数的基础上结合支持向量机分类算法提出基于振动分布特征的变压器绕组故障诊断模型。实际变压器的绕组故障实验以及十余台台电力变压器现场实测数据样本的分析与测试结果均表明，提出的振动分布特征及量化参数能够有效反映变压器绕组变形、压紧力松弛等机械结构变化，而基于振动分布特征的绕组故障诊断模型也可准确的对变压器绕组机械结构状态进行检测与诊断。
2020 Vol. 39 (1): 199-208 [
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209
基于压电分支阻尼技术的航空发动机叶片振动抑制方法研究
>周标1，柯宏威1，陈旭1，臧朝平1，金瑶2
开展基于压电分支阻尼技术的叶片振动抑制方法研究。首先，对于叶片结构和压电陶瓷构成的机电耦合系统，研究其有限元动力学建模方法及模型减缩技术；其次，分析了经典的谐振分支电路以及含负电容的电感-电阻分支电路的原理和方法；最后，实际构建上述压电分支电路，重点研究了大电感和负电容的物理实现方法，并通过实验考察压电分支阻尼对某型航空发动机压气机叶片结构振动抑制的效果。实验结果表明：该建模及分析方法引入了压电陶瓷“等效电容”的概念，能够准确地预测叶片-压电陶瓷机电耦合系统的动力学特性，具备处理实际复杂叶片结构的能力；谐振分支电路在抑制叶片单阶模态振动方面效果显著，负电容的引入能够有效地增强压电分支阻尼效应。
2020 Vol. 39 (1): 209-215 [
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216
不同约束载荷下三岁儿童乘员胸部运动方程与损伤风险研究
>韩勇1,2,3，唐慧聪1,3，田丰翼2,3，黄红武1,3，水野幸治4
3岁儿童乘员胸部在冲击载荷条件下的运动学响应一直是研究的盲点，本文基于ECE R44法规前碰撞动态试验方法，采用Hybrid III 3岁儿童假人和第四代学术版THUMS 3岁儿童人体有限元模型（THUMS 3YO）建立了两款儿童约束系统（CRS）的正面碰撞台车数值分析模型。建立了Hybrid III 3岁假人胸部运动力学方程，分析了胸部加速度和胸部所受内外力的相互关系。同时，定性对比分析了两款CRS中THUMS 3YO儿童胸部软组织器官损伤风险。分析结果表明：Hybrid III 3岁假人胸部加速度与胸部所受的外力和内力都相关，外力是胸部加速度的最重要的影响因素；两款CRS中THUMS 3YO儿童乘员胸部内脏软组织器官所受的应力应变均超出了损伤阈值，前置护板型CRS对儿童胸部器官损伤风险相对五点式背带式CRS更大。该研究内容厘清了儿童乘员胸部在动态载荷条件下的运动学方程及不同加载方式的胸部软组织损伤风险，对儿童乘员约束系统的设计具有重要的指导意义。
2020 Vol. 39 (1): 216-222 [
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223
基于通用切比雪夫滤波器的有源噪声控制研究
>郭新年1,2，周恒瑞1，赵正敏1，都思丹2
针对前馈管道非线性有源噪声控制系统，提出一种基于通用切比雪夫滤波器的次级通道建模方法和通用切比雪夫滤波x最小均方误差算法（GCFXLMS，general Chebyshev filtered-x least mean square）。通用切比雪夫滤波器由第一类切比雪夫滤波器扩展获得，交叉项部分可通过对角结构实现，根据对角结构的性质，可以采用减少通道信号的实现策略以降低结构复杂度；使用该滤波结构建模次级通道，并给出了稀疏虚拟次级通道模型，基于此模型推导了GCFXLMS算法。该方法性能比较包括计算复杂度对比和控制效果对比。实验结果表明，在非线性有源噪声控制系统中，通用切比雪夫滤波器可达到与Volterra次级通道建模类似的建模效果，相比于传统的前馈滤波器，通用切比雪夫滤波器具有更优的控制性能。
2020 Vol. 39 (1): 223-239 [
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232
汽车车身空腔阻隔结构降噪试验研究
>张立军1,2,汪子燚1,2,孟德建1,2
系统性地建立了阻隔结构降噪试验研究方法。建立面向白车身的阻隔结构降噪性能测量方法，通过对比阻隔结构拆除前后白车身模态与传递函数的变化情况，分析其对于车身低频噪声的抑制能力；建立面向整车的阻隔结构降噪性能转鼓试验方法，用以评估其对于发动机噪声、轮胎路面噪声的抑制能力；建立面向整车的阻隔结构降噪性能风洞试验方法，用以评估其对于气动噪声的抑制能力。试验结果表明，阻隔结构降低车内噪声主要有两个方面：一方面，空腔阻隔结构增强了车身的模态阻尼，抑制车身的振动，从而降低了车内低频噪声；另一方面，阻隔结构切断了车外噪声经过车身侧围空腔入侵乘员舱的传播途径，从而降低了车内高频噪声。
2020 Vol. 39 (1): 232-239 [
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240
缓冲孔对爆破振动信号幅频特性影响研究
>周建敏1,2,3，汪旭光2，龚敏1，赵明生3，陶铁军3
为探索缓冲孔对爆破振动信号的峰值质点振动速度、主振频率和各频带能量分布等的影响，依托贵州某露天矿临近边坡爆破振动试验，获得了现场主爆破和缓冲爆破的振动信号。分别采用小波包分析和数值模拟方法对采用主爆破和缓冲爆破的振动信号进行分析。结果表明，临近边坡缓冲爆破具有明显的减震效应。相同测点条件下，水平切向振动信号的减振率最大，减振效果最好。且随着测点距爆源的距离越近，其减振效果越好。爆破振动信号的能量主要集中于60 Hz以内且分布极不均匀，存在多个主振频带。设置缓冲孔进行临近边坡爆破时，其振动信号的能量更向高频的主振频带集中，有利于避开边坡的自振频率。
2020 Vol. 39 (1): 240-244 [
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245
基于自适应加权多尺度组合形态滤波的轴承故障特征提取研究
>韩笑乐,胡天中,余建波
针对滚动轴承振动信号在进行早期故障诊断时往往会伴随着噪声干扰的问题，提出了一种选择性自适应加权多尺度组合形态滤波(Adaptive Weighted Multi-scale Combination Morphological Filtering, AWMCMF)方法，从振动信号中提取故障特征。首先，采用三种组合算子构成一组新的形态算子，可有效地提取出信号中的正负冲击特征；其次，基于新算子提出了加权多尺度形态滤波方法，并将Teager能量峭度作为评判指标为各尺度提供优化的权值；最后，将选择性自适应权值与多尺度算子进行加权绑定得到优化的故障特征提取结果。通过仿真信号和轴承故障振动信号的结果表明，该方法能有效地滤除噪声并提取故障特征。
2020 Vol. 39 (1): 245-252 [
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253
基于多个响应量的拱坝地震易损性分析
>田硕，范书立，陈健云
以白鹤滩拱坝为研究对象，选取成组强震记录，同时考虑地震动和材料的不确定性，采用增量法对白鹤滩拱坝进行了地震易损性分析。统计连续调幅地震动作用下拱坝损伤破坏过程，直观的划分了拱坝地震破坏等级，确定了拱冠位移、横缝开度和损伤体积比这三个响应量在各破坏等级间的界限值，从而可通过这三个响应量定量描述拱坝的破坏等级。通过拟合增量动力分析结果，分别建立了三个响应量的概率地震需求模型，进而求得地震易损性曲线，并综合比较了不同破坏等级下基于三个响应量的易损性曲线，全面反映了拱坝易损性。利用易损性曲线可以预测不同强度地震作用下拱坝达到各级破坏的概率，为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据。
2020 Vol. 39 (1): 253-259 [
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260
钢管混凝土柱的非线性振动特性分析与脱粘识别
>曹晖1,2,李亚祥1
钢管混凝土柱脱粘对结构受力性能有很大影响，脱粘检测成为研究者关注的问题。设计制作了5个不同脱粘状态的钢管混凝土悬臂柱试件，在锤击激励下记录试件表面6个测点的自由振动加速度信号。通过解析模式分解，分离出信号的一阶频率分量，再利用Hilbert变换，获得频率-振幅曲线。频率-振幅曲线表明无脱粘的钢管混凝土柱试件呈现出较强的非线性振动特性，与弱Duffing系统相似。脱粘的存在，使得试件的非线性特性减弱，脱粘面积越大，非线性系数绝对值越小。信号测点离脱粘位置越近，非线性特性越弱，非线性系数绝对值越小。非线性系数对脱粘敏感，且不易受构件制作和边界条件的影响，是识别钢管混凝土柱脱粘的良好指标。
2020 Vol. 39 (1): 260-265 [
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266
利用球形弹簧摆对输电塔风振控制的有限质点法
>黄正1，刘石1,2，聂铭1，杨毅1,2，高庆水1,2，张楚1,2
为了研究球形弹簧摆对输电塔结构的风致振动控制效果，通过分段等刚度梁单元建立输电塔简化模型。给出了空间梁系结构基于Timoshenko梁理论的单元内力计算公式，并应用有限质点法对简化模型及其与球形弹簧摆的耦合系统进行风致响应分析。一方面，球形弹簧摆由于内共振性质实现非线性能量阱，从而增加振动抑制频带的宽度，提高了鲁棒性；另一方面，球形弹簧摆和结构的非线性耦合，使得顺风向的振动能量部分转移到横风向，尽管增大了横风向响应，但是降低了结构的总体响应。计算结果表明球形弹簧摆减振效果非常好，当将其安装在除塔顶外的三个位置时，位移最大值和加速度均方根减振率分别为32.5%~41.7%和35.7%~65.2%。保持质量比和安装位置不变，验证了球形弹簧摆具有较宽的设计频带。使用球形弹簧摆可以显著减小位移标准差，有利于降低结构的疲劳损伤风险。
2020 Vol. 39 (1): 266-273 [
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274
控制自复位高墩高阶效应的双摇摆界面法
>张育智，秦搏聪，周凯旋，黄荣，胡豪，刘冬冬
为控制只在墩底设置1个摇摆界面的自复位高墩（结构1）的高阶模态地震响应，研究了分别在1/2墩高截面（结构2）和墩身弯矩最大截面（结构3）设置第2个摇摆界面的双摇摆界面法的控制效果。以3种强度条件下的7条地震动作为输入，利用时程分析获得了3种结构的墩身最大弯矩、最大剪力及墩顶最大水平位移。通过对比分析发现：结构2不能有效控制高阶模态效应，而结构3能有效控制高阶模态效应。随地震动及其强度的不同，与结构1相比，结构3能使墩身最大弯矩及最大剪力分别减小20%~46%和19%~65%，但结构3会增大墩顶最大水平位移，需采用有效手段加以控制。
2020 Vol. 39 (1): 274-280 [
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281
桥墩FRP复合材料防撞套箱蝴蝶型连接结构可靠性研究
>郑植1,2，耿波2，袁佩2，尚军年2，魏思斯2，胡正涛3
FRP复合材料防撞套箱各节段间连接方式的可靠性直接影响其防护性能。对一座双塔三跨斜拉桥过渡墩上复合材料防撞套箱所采用的一种蝴蝶型插销连接结构的可靠性进行研究，分别进行了材料性能试验，缩尺模型结构拉伸强度试验，并根据试验结果定义了正交各向异性本构。采用Midas Fea与LS-dyna对连接结构的可靠性分别进行静、动力分析。结果表明，该连接结构可靠性良好，可保证防撞套箱充分发挥防护性能。
2020 Vol. 39 (1): 281-288 [
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