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2020年 39卷 5期
刊出日期:2020-03-15
论文
 
       论文
1 非参数不确定动力学建模研究综述
>冯伟1,2,刘保国1,2,丁浩1,2,申会鹏1,2
在工程应用中不可避免存在各种不确定因素,采用不确定模型能够更为准确反映动力学系统的特性。参数不确定动力学建模在过去三十多年得到了充分关注和研究,而非参数不确定动力学建模作为一个比较新的研究领域,直到近年来才逐渐得到重视。该领域至今已取得了大量的研究成果,有必要对国内外研究和发展现状进行全面的总结。从非参数不确定动力学建模的方法、理论基础、建模过程及应用等方面系统综述了其研究现状,归纳现阶段存在的问题,并指出了未来研究的发展方向。
2020 Vol. 39 (5): 1-9 [摘要] ( 330 ) HTML (1 KB)  PDF (956 KB)  ( 216 )
10 圆柱类金属构件表面裂纹的激光超声识别方法研究
>刘学坤,杨世锡,刘永强,池永为,何俊
为了利用激光超声技术有效地识别圆柱表面裂纹,提出利用圆柱表面波信号增强和小波包-奇异值分解(WPT-SVD)方法识别圆柱类金属构件表面裂纹的位置和深度。建立了圆柱的激光超声显式有限元模型,分析了圆柱表面裂纹对表面波的模式转化作用。利用圆柱表面裂纹在激发源位置附近时激光超声扫描信号增强的现象,识别圆柱表面裂纹的位置。在已识别圆柱表面裂纹位置的基础上,通过分析圆柱表面裂纹检测信号的时频特点,利用WPT-SVD提取圆柱表面信号的时频特征,定义参数kr表征裂纹深度的变化,识别圆柱表面裂纹深度。搭建了激光超声圆柱表面裂纹检测实验系统,开展了实验研究,实验结果表明所提出的圆柱表面信号增强和WPT-SVD方法可以识别出圆柱表面裂纹的位置和深度。
2020 Vol. 39 (5): 10-17 [摘要] ( 159 ) HTML (1 KB)  PDF (1234 KB)  ( 59 )
18 前端调速型风电机组动力学建模与运行特性研究
>尹文良,芮晓明
基于先进的机械调速与伺服控制技术,提出了一种带有发电机前端无极调速器的混合传动风电机组方案,以实现变速恒频。利用集中质量与拉格朗日方法,建立该机组传动系统动力学模型。并利用动力学方程建立1.5 MW前端调速型风电机组的Simulink仿真,实现对机组调速精度、功率消耗、电流谐波与低电压穿越能力等运行特性的深入研究。结果表明:在不同的风速条件下,所提机组不仅可以在调速功率消耗较小的情况下输出恒频电能(占比小于输出功率的15.25%),还可以有效抑制电流谐波污染,改善机组低电压穿越能力。理论分析与仿真研究验证了该机组的实用性和优越性。
2020 Vol. 39 (5): 18-24 [摘要] ( 154 ) HTML (1 KB)  PDF (1446 KB)  ( 52 )
25 格构式塔架横风向脉动风荷载空间相关性研究
>李峰1,邹良浩1,梁枢果1,陈寅2
为了研究格构式塔架横风向脉动风荷载的空间相关性,基于某实际格构式塔架2个典型节段模型同步高频测力天平风洞试验和同步风速测试风洞试验,测得了模型基底剪力、弯矩和风速时程,通过数据处理方法得到了其横风向脉动风荷载及脉动风速的相干函数。在此基础上,分析比较了脉动风荷载及脉动风速的相干函数特点与变化规律。结果表明:格构式塔架横风向风荷载相干函数与频率,水平距离和竖向距离均有关;格构式塔架横风向风荷载相干函数与现有高层建筑及锥形烟囱等结构的结果存在一定差别。最后,运用非线性最小二乘法拟合得到了脉动风荷载相干函数经验公式,拟合公式与试验结果较吻合,可为分析格构式塔架横风向风荷载及风致响应提供一定的参考。
2020 Vol. 39 (5): 25-31 [摘要] ( 161 ) HTML (1 KB)  PDF (1667 KB)  ( 47 )
32 固定解耦式液压悬置集总参数建模及模型修正
>周大为,左曙光,王珺,胡坤,吴旭东
针对经典液压悬置集总参数模型无法准确反映固定解耦式液压悬置动特性的问题,分别提出了一种新的液压悬置集总参数模型和一种经典液压悬置集总参数模型的修正模型。两种模型中均考虑了解耦膜刚度对上液室体积柔度的影响,前者将解耦膜显式等效为一弹簧,增加了解耦膜刚度和等效泵吸面积两个参数;后者在经典集总参数模型基础上,根据解耦膜刚度对上液室体积柔度进行了修正,具有更简洁的表达形式。然后使用有限元分析方法辨识了解耦膜刚度和等效体积柔度,以及其余集总参数。最后将辨识得到的集总参数代入模型中后仿真计算发现,考虑解耦膜刚度以后,两种集总参数模型均可准确地预测固定解耦式液压悬置的动刚度和滞后角,而传统液压悬置的集总参数模型无法准确反映该类型液压悬置动态特性。
2020 Vol. 39 (5): 32-44 [摘要] ( 219 ) HTML (1 KB)  PDF (787 KB)  ( 77 )
37 汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化
>王琼,刘桂萍
基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。
2020 Vol. 39 (5): 37-44 [摘要] ( 233 ) HTML (1 KB)  PDF (899 KB)  ( 82 )
45 延伸奇异值分解包及其在高速列车轮对轴承故障诊断中的应用
>黄晨光1,林建辉1,易彩2,黄衍1,靳行1
结合多分辨奇异值分解包的分解结构和对滚动轴承故障信号的Hankel矩阵的奇异值分布特性研究,提出了延伸奇异值分解包。该算法的核心包括矩阵递推构造和矩阵重构。以分量信号能量为指标,提出了有效分量信号的筛选准则,并基于该准则,进一步提出了延伸奇异值分解包的快速算法。仿真结果表明,延伸奇异值分解包对信号中共振频带分量信号具有很好的分解能力,方法具有强鲁棒性,同时极大地改善了奇异值分解包中出现的模态混叠。应用高速列车轮对轴承试验数据对该方法进行试验验证,结果表明,该方法能有效分离高速列车轮对轴承复合故障信号的不同共振频带信号,对筛选的有效分量信号进行包络分析,可有效提取不同类型的故障特征频率及其谐波,对共振频带的聚集性和故障的表征力相比奇异值分解包均有显著提高。
2020 Vol. 39 (5): 45-56 [摘要] ( 190 ) HTML (1 KB)  PDF (4323 KB)  ( 125 )
57 大力矩径向驻波型超声波电机有限元分析与实验研究
>蒋春容1,周良志1,董晓霄2,陆旦宏1,金龙2
提出了一种大力矩径向驻波型超声波电机,在实现电机大力矩输出的同时保持结构紧凑的特点。首先设计并分析了电机的结构和工作原理,采用有限元法分析了电机定子的振动特性。接着制作了超声波电机样机,样机直径为32 mm。采用激光测振仪测量了定子的共振频率及径向振动的振幅,测量结果与理论分析结果相吻合。最后,搭建了电机输出特性测试平台,测量了电机在不同电压下的转矩-转速特性。实验测试结果显示,定子工作模态的共振频率为73.3 kHz,当施加的电压幅值为100 V、频率为74 kHz时,电机的空载转速为45 r/min,堵转力矩达到0.41 N?m。与其他同尺寸的超声波电机相比,所提出的径向驻波型超声波电机具有更大的堵转力矩。
2020 Vol. 39 (5): 57-62 [摘要] ( 165 ) HTML (1 KB)  PDF (1426 KB)  ( 84 )
63 近断层地震动斜输入下水电站厂房非线性地震响应研究
>王飞1,宋志强1,卢韬2
与远场地震动相比,近断层地震动往往有较大的速度和位移脉冲效应,且由于其发震断层埋深较浅,地震波垂直地表向上入射假定一般不再适用。目前关于水电站厂房抗震研究均未考虑近断层脉冲型地震动斜输入的影响。选取符合某水电站场地条件的近断层脉冲型和非脉冲地震动记录各5条,依据波动理论,采用黏弹性动力人工边界法,推导了SV波三维斜入射下的人工边界等效结点力计算公式,并进行了算例验证。建立了水电站厂房三维塑性损伤有限元分析模型,分析了水电站厂房在脉冲型和非脉冲地震动垂直和斜输入条件下的非线性地震响应。结果表明,近断层脉冲型地震动斜输入可以激起厂房结构的高阶振型,引起水电站厂房下部结构较大的损伤、位移、及应力响应,对厂房的破坏作用最强。
2020 Vol. 39 (5): 63-73 [摘要] ( 191 ) HTML (1 KB)  PDF (3404 KB)  ( 35 )
74 含圆孔缺陷三点弯曲梁的裂纹扩展特性实验研究
>梅比

采用动态焦散线实验系统,对含圆孔缺陷的PMMA材料进行冲击断裂力学实验,研究三点弯曲梁中不同直径和位置的圆孔缺陷对扩展裂纹的影响。实验结果表明:扩展裂纹与圆孔缺陷相互作用前,呈现Ⅰ型拉伸断裂,扩展路径平直;与圆孔缺陷相互作用后,贯通萌生的次裂纹沿直线继续扩展,未贯通的裂纹偏移扩展。扩展裂纹与路径上圆孔缺陷贯通过程中,裂纹扩展速度和动态应力强度因子快速降为零,裂纹的扩展受到抑制,且圆孔直径越大、距离越近,抑制作用越显著;贯通萌生次生裂纹的起裂速度和起裂韧度,随着圆孔缺陷直径的增大而变大。扩展裂纹与偏置圆孔缺陷相互作用过程中,当圆孔缺陷直径越大、偏置距离越小,裂纹起偏距离越短,最大偏移量越大,并且扩展裂纹动态应力强度因子和扩展速度局部小幅增大。研究结果为分析动态裂纹扩展特征和材料破坏模式提供借鉴。

2020 Vol. 39 (5): 74-80 [摘要] ( 185 ) HTML (1 KB)  PDF (3153 KB)  ( 54 )
81 #br# 一种改进的DDTFA方法及其在齿轮箱故障诊断中的应用
>田莉莉,李蓉,陈琳,刘坚
针对数据驱动时频分析(DDTFA)方法的初始相位函数选取问题,提出一种可准确、快速且自适应优选初始相位函数的改进DDTFA方法。引入数学中函数求极值的思想,将信号的初始相位函数选取问题转换为初始解集的连续寻优问题,通过对DDTFA中的高斯牛顿迭代算法进行精简,以初始解集中的初始相位函数迭代一次斜率的变化量为导数获得初始解集的连续导数集,进而求得局部极大值,并以局部极大值对应信号分量的能量最强为准则优选信号的初始相位函数,进而完成信号分解。仿真分析与齿轮箱故障诊断实例表明,该方法可准确、快速且自适应地优选初始相位函数,并有效提取故障特征,且具有一定抗噪性。
2020 Vol. 39 (5): 81-88 [摘要] ( 175 ) HTML (1 KB)  PDF (1034 KB)  ( 137 )
89 基于PSO改进深度置信网络的滚动轴承故障诊断
>李益兵1,2,王磊1,2,江丽1,2
针对深度置信网络(Deep Belief Network, DBN)用于轴承故障诊断时,网络层结构调试比较费时等问题,提出一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)的DBN算法,以及基于该算法的轴承故障诊断模型。该模型利用PSO算法优选DBN网络结构,并通过自适应时刻估计法微调模型参数,随后运用具有最优结构的DBN模型直接从原始振动信号中提取低维故障特征,并将其输入到Soft-max分类器中识别轴承的故障模式。该算法与支持向量机、BP神经网络、DBN、堆叠降噪自编码等方法进行对比分析,实验结果表明,PSO改进的DBN算法具有更高的准确率以及更好的鲁棒性。
2020 Vol. 39 (5): 89-96 [摘要] ( 219 ) HTML (1 KB)  PDF (1540 KB)  ( 100 )
97 基于自适应深度卷积神经网络的发射车滚动轴承故障诊断研究
>曹继平1,王赛1,2,岳小丹2,雷宁1
作为发射车的关键组成部件,滚动轴承的工作环境复杂,故障诊断困难。提出一种自适应深度卷积神经网络,针对传统CNN诊断方法存在的计算效率较低、参数调试需人工经验指导等问题,采用粒子群优化算法确定CNN模型结构和参数,应用主成分分析法将故障诊断特征学习过程可视化,评估其特征学习能力。将提出方法应用于发射车滚动轴承故障诊断,对比标准CNN、SVM、ANN诊断方法,10种工况的诊断结果表明,提出方法诊断精度高且鲁棒性好。
2020 Vol. 39 (5): 97-104 [摘要] ( 321 ) HTML (1 KB)  PDF (2854 KB)  ( 413 )
105 基于子集分裂模拟的车-桥系统极值响应统计
>向活跃1,唐平1,王涛2,李永乐1
车-桥系统的失效属于小概率事件,采用子集分裂模拟方法(Subset Simulation with Splitting,SS/S)对车-桥系统响应进行了分析。首先,采用MATLAB编制了车-桥系统的分析程序,并通过数值算例进行了验证。其次,回顾了SS/S法的基本原理,采用自回归模型(Autoregressive Models,AR模型),对轨道不平顺进行条件模拟,给出了车-桥系统响应的SS/S统计分析框架,并采用数值算例进行了验证。最后,针对车-桥系统,利用SS/S得到了车体竖向和横向加速度超越概率,并与蒙特卡洛法(MCS法)进行了对比验证。结果表明:相较于直接MCS方法,SS/S方法可大幅度减少车-桥系统响应极值超越概率曲线估计时所需的样本,显著提高计算效率。
2020 Vol. 39 (5): 105-111 [摘要] ( 118 ) HTML (1 KB)  PDF (1203 KB)  ( 49 )
112 液压互联馈能悬架工作模式设计与试验研究
>汪若尘,孙东,丁仁凯,孟祥鹏,俞峰
针对液压互联悬架在单一的综合性模式下无法实现车辆全局工况最优,设计了一种具有舒适性、安全性和馈能性三种模式的液压互联馈能悬架,在改善车辆行驶平顺性及操纵稳定性的同时回馈振动能量。以路面激励频率作为悬架各模式切换阈值,基于恒流控制方法,设计了多模式控制系统,并得到了各模式下最优电流值。以正弦路面和随机路面为例,对所设计的三种工作模式下的悬架性能进行了仿真分析。结果表明,与综合性模式相比,液压互联馈能悬架在舒适性模式下车身加速度减小10.77%,安全性模式下轮胎动载荷减小17.43%,馈能性模式下理论馈能功率提高19.48%。为验证仿真有效性,试制了悬架原理样机并进行台架试验。结果表明,所提出的三种工作模式能兼顾车辆的平顺性、操稳性和馈能特性。
2020 Vol. 39 (5): 112-117 [摘要] ( 157 ) HTML (1 KB)  PDF (1902 KB)  ( 89 )
118 含关节间隙的3-CPaRR解耦并联机构弹性动力学建模与分析
>王见1,3,董虎1,3,王兆东1,3,刘俊辰1,3,曹毅1,2,3
为研究关节间隙对柔性化条件下并联机构输出运动特性的影响,以3-CPaRR并联机构为研究对象。首先,根据该并联机构的空间位置关系,研究了该并联机构的运动学规律,表明该并联机构驱动圆柱副可等效分解为驱动移动副和被动转动副;其次,基于空间位置矢量模型,建立了含间隙转动关节径向和轴向的运动学模型,从而进一步建立各支链转动关节处含间隙的运动学模型;
然后,基于Lankarani-Nikravesh接触力模型和Coulomb摩擦力模型建立各支链转动副处存在关节间隙时的法向、切向力学模型,并将各被动关节处由于间隙的存在而产生的力向驱动关节处进行转化,从而建立了含关节间隙的3-CPaRR并联机构弹性动力学模型,最后通过实例分析了不同的关节间隙对该并联机构运动特性的影响。结果表明:含有关节间隙的柔性支链对并联机构的输出运动特性产生了重要的影响,同时该研究也为其他的含关节间隙的多体系统弹性动力学建模提供了理论基础。
2020 Vol. 39 (5): 118-130 [摘要] ( 158 ) HTML (1 KB)  PDF (5701 KB)  ( 43 )
131 多次水下爆炸钢制圆板应变与挠度增长规律分析
>李旭东1,2,尹建平1,杜志鹏2,赵鹏铎2,张春辉2,李营2,3,张斐1,2
在海上战争中,水面舰艇以及潜艇可能会受到多枚水中兵器的攻击,产生的累计损伤问题影响着水面舰艇以及潜艇的持续作战能力和生命力。对膨胀直径为390 mm,厚度为5 mm空气背衬钢制圆板,在50 g药量下,进行持续多次水下爆炸加载试验,对板中心应变、挠度以及厚度减薄率进行测量,试验结果分析表明:第一次爆炸加载时,局部空化使钢板产生的应变是冲击波加载的1倍,当钢板被炸弯后,再次爆炸加载局部空化的二次加载现象不明显。此外,气泡脉动及气泡射流会使钢板发生明显的弹性应变,应变值是初始冲击波作用的10%。对中心挠度和厚度减薄率的数据分析发现,钢板厚度减薄率是随着中心挠度呈线性增加的。该研究对舰船持续作战能力及生命力的评估提供了一定的试验支撑。
2020 Vol. 39 (5): 131-136 [摘要] ( 169 ) HTML (1 KB)  PDF (1973 KB)  ( 137 )
137 近断层强震记录基线校正的改进方法
>张斌,俞言祥,肖亮
基于Iwan两段式校正方法的原理,引入参数“时移斜率比ki”和“校正后位移的最大平坦度f”来确定强震段偏移开始时间t1和结束段偏移的开始时间t2,引入参数“均方根偏差RMSD”来选择位移末尾部分拟合函数的次数,提出了近断层强震记录基线校正的改进方法。应用该方法对芦山地震和汶川地震共8个近断层台站的强震记录进行基线校正处理获取了永久位移。结果表明,获得的永久位移与强震台站附近的GPS台站观测的同震位移吻合较好,永久位移与GPS观测结果的比在0.57~1.72,均值为0.99。在一定程度上减少了主观经验对于基线校正结果带来的不确定性。同时对比分析了7种基线校正方法对峰值地面运动参数和永久位移的影响,PGA和PGV受不同基线校正方法的影响很小,但是不同的基线校正方法对PGD和永久位移的影响非常大。
2020 Vol. 39 (5): 137-142 [摘要] ( 141 ) HTML (1 KB)  PDF (1516 KB)  ( 74 )
143 结合近似贝叶斯计算和改进群体蒙特卡洛抽样的结构损伤识别
>方圣恩1,2,陈杉1
为避免陷入低概率区抽样并提高抽样效率,改进了群体蒙特卡洛(PMC)抽样算法,再结合近似贝叶斯计算(ABC)和随机响应面(SRS)提出一种概率损伤识别方法。首先将ABC和改进PMC算法进行嵌套,利用每个迭代步的样本方差来搅动粒子群和求取自适应权重系数,再构造衡量仿真和实测样本间相似度的误差函数,用于替代似然函数;然后使用SRS建立结构随机响应的显式表达式,大幅提高响应统计特征值的计算效率;最后将求得的参数后验概率分布统计特征值作为损伤指标,根据损伤前后指标值的变化来判断损伤位置和程度。对试验钢筋混凝土梁的单、多工况损伤进行了识别,验证了所提出方法在保证参数后验分布估计精度的条件下,可以有效提高贝叶斯推断过程的计算效率。
2020 Vol. 39 (5): 143-149 [摘要] ( 177 ) HTML (1 KB)  PDF (1134 KB)  ( 86 )
150 双层球面网壳的序列地震效应敏感性研究
>张英楠1,2,支旭东1,2,范峰1,2
为了研究双层球面网壳结构响应对于序列地震是否敏感、避免结构在主震后的余震作用下发生倒塌,首先建立了基于通用有限元软件ABAQUS的结构有限元模型,并对太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中的主余震序列地震动数据进行了筛选,共收集到342对主余震序列地震动时程数据;利用全荷载域动力时程分析方法,获得了各序列地震作用下结构的特征响应随加速度幅值的变化规律,归类并定义了网壳结构多重地震效应的四种影响程度;然后,对大量算例的结果进行统计,得到了在主震结束时的网壳特征响应(最大节点位移、屈服杆件比例和结构损伤因子)与结构抵抗余震能力的关系;最终将屈服杆件比例作为衡量双层球面网壳抵抗余震能力的指标,并给出了各跨度双层球面网壳屈服杆件比例的敏感界限值。研究成果可为网壳结构的抗震设计及抗震性能评估提供参考。
2020 Vol. 39 (5): 150-156 [摘要] ( 154 ) HTML (1 KB)  PDF (1121 KB)  ( 45 )
157 基于3/2维谱的螺栓松动非线性检测及定位
>武金,屈文忠,肖黎
提出基于3/2维谱分析的螺栓松动非线性检测及定位方法,用多尺度法分析螺栓松动产生非线性相位耦合的机理,研究3/2维谱分析处理信号的过程并分析其识别非线性二次谐波原理,以铝板上螺栓结构为实验对象,利用粘贴在铝板表面的压电作动/传感元件进行实验,对结构响应信号进行3/2谱分析,有效判断螺栓的连接状态;为实现松动螺栓的定位,定义螺栓松动的非线性指标,引入径向基插值函数,实验获得粘贴在铝板上压电列阵响应信号的非线性指标,利用径向基插值函数拟合损伤定位图像。实验结果表明,该方法能有效检测螺栓松动非线性,实现松动螺栓定位。
2020 Vol. 39 (5): 157-163 [摘要] ( 154 ) HTML (1 KB)  PDF (1748 KB)  ( 91 )
164 近地面空中爆炸马赫反射数值模拟研究
>廖真,唐德高,李治中,邵鲁中
为研究马赫波冲击波参数的变化规律以及装药类型和装药形状对三波点迹线的影响,采用有限元分析软件AUTODYN建立了TNT装药近地面空中爆炸的有限元模型,将计算结果与试验结果进行了对比,两者吻合良好。在此基础上,对不同装药形状和装药类型的炸药进行了近地面空中爆炸的数值模拟。研究结果表明:马赫波波阵面上的冲量随高度增大而缓慢减小,超压峰值随高度增大先缓慢下降而后迅速减小。马赫波与地面近似垂直,其顶部的超压峰值仅为底部的67.6%~80.3%,顶部的冲量为底部的91.3%~99.0%。球形装药和长径比为1的柱状装药的三波点迹线几乎完全相同,柱状装药长径比越大,马赫波高度反而越小。C4炸药形成的马赫波高度略大于B炸药,但两者较为接近,TNT形成的马赫波高度明显小于C4和B炸药。
2020 Vol. 39 (5): 164-169 [摘要] ( 302 ) HTML (1 KB)  PDF (1573 KB)  ( 113 )
170 基于改进VMD的风电齿轮箱不平衡故障特征提取
>周福成1,唐贵基2,何玉灵2
变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)是一种不同于递归式模态分解新方法,具有优良的频率剖分特性,但其在处理信号时受分量个数影响严重,通过主观经验难以合理设置该参数。针对该问题,利用奇异值分解清晰的信噪分辨能力,根据奇异值最佳有效秩阶次自动搜寻VMD的分量个数,提出了一种改进变分模态分解的风电齿轮箱不平衡故障特征提取方法。通过仿真信号及轴不平衡实验信号对该方法进行了验证,并将其应用于风电齿轮箱稳定工况下的现场故障诊断中,均成功提取出微弱特征频率信息,实现对齿轮箱不平衡故障的有效判别,具有一定可靠性。
2020 Vol. 39 (5): 170-176 [摘要] ( 256 ) HTML (1 KB)  PDF (881 KB)  ( 193 )
177 某单缸双通道磁流变阻尼器的时间响应特性分析
>侯保林,郑杰,郑鹏飞
所有实时控制应用都需要快速响应时间。为使磁流变阻尼器满足实时控制的需要,动态响应时间的研究就变得尤为重要。以某新型双通道磁流变阻尼器为研究对象,对影响阻尼器响应时间的各环节进行研究,通过仿真结果结合理论分析建立电磁响应模型,使用有限差分法建立磁流变液流变效应过程的数学模型,获得从断电到通电通道内流场及阻尼力的的变化过程,从而获得阻尼器的动态响应时间。通过阻尼器响应时间测试实验,获取阻尼器的实际响应时间,与理论计算的结果进行对比,验证该计算方法的可信性。
2020 Vol. 39 (5): 177-182 [摘要] ( 189 ) HTML (1 KB)  PDF (1203 KB)  ( 60 )
183 冲击激励下含限位器的气囊-船用旋转机械系统的动力学特性分析
>李鹏超,李明
主要研究了冲击激励下含限位器的气囊-旋转机械系统的动力学特性。首先,考虑了轴承的非线性油膜力和转子的不平衡力等因素,建立了在冲击激励下气囊-旋转机械系统的非线性动力学模型;然后,采用数值模拟的方法分析了冲击激励下,限位器对气囊-旋转机械系统动力学特性的影响,讨论了在限位器不同刚度比、安装间隙、阻尼比等参数下气囊-旋转机械系统的动力学响应。结果表明:限位器的刚度和安装间隙对冲击激励下系统的最大相对位移和绝对加速度有较大影响,而阻尼对其影响会随着刚度比的增大而减小。
2020 Vol. 39 (5): 183-187 [摘要] ( 160 ) HTML (1 KB)  PDF (989 KB)  ( 66 )
188 静力-随机振动复合工况下Von Mises应力的概率分布及强度评估
>郝雨,冯加权,胡杰
针对静力-高斯随机载荷复合作用下的线性结构,考察了结构Von Mises应力过程的概率分布,在此基础上,利用中心卡方分布近似研究了一定累积概率(99.73%)水平下Von Mises应力值的计算,提出了静力-随机振动复合条件下的强度评估方法。基于一个数值算例,比较了该方法与Monte Carlo模拟的结果和计算效率,结果表明,该方法具有较高的准确度和计算效率。最后,对目前常用的两种工程近似方法进行了考察,从数学上证明了工程近似方法总是偏于保守,为现有方法提供了理论依据。
2020 Vol. 39 (5): 188-193 [摘要] ( 248 ) HTML (1 KB)  PDF (858 KB)  ( 84 )
194 强震区黏滑断层隧道刚柔相济抗减震技术模型试验研究
>崔光耀1,李鹏宇1,王明年2,3,朱长安4
为研究强震区黏滑断层隧道刚柔相济抗减震技术,依托都汶高速龙溪隧道F8黏滑断层段,开展了静力断层黏滑错动试验和大型三方向六自由度强震震动试验,通过对试验数据的分析,主要研究了上下盘隧道结构的纵向应变、接触压力和内力。试验结果表明:施设减震缝后,沿纵向隧道结构纵向应变及接触压力增加倍数由剧烈变化变为较均匀变化;采用结构加强抵抗断层黏滑错动和强震震动对隧道结构的影响,效果有限;通过施设减震缝抵抗断层黏滑错动和强震震动的影响,效果明显,隧道结构纵向应变抗减震效果97%以上,接触压力抗减震效果86%以上,安全系数最小值增加5倍以上;强震区黏滑断层隧道采用刚柔相济抗减震措施进行设防,可大幅提高隧道结构的安全性,安全系数最小值增加8倍以上。研究成果可为强震区黏滑断层隧道抗减震设防设计提供参考。
2020 Vol. 39 (5): 194-200 [摘要] ( 154 ) HTML (1 KB)  PDF (1402 KB)  ( 76 )
201 振动台试验新型叠层剪切模型箱的设计与性能测试
>安军海1,2,陶连金2
振动台模型试验是开展地震作用下土-地下结构动力相互作用研究的重要手段,而模型箱的性质将直接影响到试验结果的准确性。基于结构动力学的基本原理,设计研制了设有可调节弹簧和阻尼装置的层状剪切模型箱,并对其有效性进行了试验验证;同时,基于ANSYS 软件对模型箱的动力性能开展了模拟分析。试验和分析结果表明,研制的设有可调节弹簧和阻尼装置的全仿真层状剪切模型箱具有良好的真实场地无限边界条件的模拟效果,可体现土-地下结构相互作用体系的动力反应是由速度和位移控制的特点;针对不同试验中所选择的模型土种类的不同,该模型箱可调整其自身性能,以满足试验对降低模型箱边界效应的要求。该模型箱的研制为今后其他岩土地震工程问题研究中试验箱的选择提供了新思路。
2020 Vol. 39 (5): 201-207 [摘要] ( 176 ) HTML (1 KB)  PDF (2221 KB)  ( 121 )
208 双曲柄串联曲柄滑块压力机机构计算机仿真向量键合图法
>王中双,高梦琦,尹久政
为提高双曲柄串联曲柄滑块压力机机构动力学建模与仿真的效率及可靠性,提出了相应的向量键合图法。根据机构构件间的运动约束关系,将机构运动构件、旋转铰及移动副的向量键合图模型组合起来,建立了双曲柄串联曲柄滑块压力机机构的向量键合图模型。通过有效的增广方法,消除了机构向量键合图模型中的微分因果关系,克服了其给机构自动建模所带来的代数困难。在此基础上,实现了双曲柄串联曲柄滑块压力机机构动力学自动建模与仿真,分析了脉冲形式的工作阻力对机构动态性能的影响,说明了所述方法的有效性。
2020 Vol. 39 (5): 208-213 [摘要] ( 152 ) HTML (1 KB)  PDF (682 KB)  ( 132 )
214 结构动力响应微分求积分析方法的基本特性
>梅雨辰,李鸿晶,孙广俊
以结构动力响应微分求积(DQ)分析方法的基本数值格式为基础,探讨了时步内时间点分别为均匀分布、Chebyshev分布和Chebyshev-Gauss-Lobatto(CGL)分布时该方法的数值稳定性与数值耗散性,并通过等效一阶模型严格推导出方法的代数精度阶数。研究表明,该方法的数值稳定性与时步内时间点分布情况密切相关,不均匀分布格式明显优于均匀分布格式,但体系阻尼比对方法的稳定性具有重大影响;代数精度由离散时间点数决定,一般情况下都能实现比较高的数值精度;两种不均匀时间点分布格式,即Chebyshev格式和CGL格式的DQ分析方法,均具有极佳的数值耗散特性。
2020 Vol. 39 (5): 214-221 [摘要] ( 188 ) HTML (1 KB)  PDF (1398 KB)  ( 78 )
222 一种新型隔振器的设计与分析
>李欣一1,翁雪涛2,柴凯2
针对传统被动隔振器低频振动抑制性差的缺陷,设计了一种新型的电磁-橡胶主被动一体化隔振器,通过研究输出力特性来评估其减振性能,首先,利用等效磁路分析法对其磁路结构进行设计仿真以及动力学分析,并得到其电磁力计算公式。然后,基于COMSOL软件对作动器的输出力进行动态仿真分析,并得到电流及其频率对输出力特性的影响,最后,将特性实验结果与仿真结果进行对比分析。
2020 Vol. 39 (5): 222-226 [摘要] ( 220 ) HTML (1 KB)  PDF (1292 KB)  ( 136 )
227 汽车车身钣金加强肋隔声性能实测与计算分析
>袁忠湘1,Subhash Rakheja1,肖毅1,谢新星2,上官文斌1,朱钢3
研究了汽车车身钣金加强肋隔声性能实测与计算分析,利用SEA方法和FE-SEA方法建立薄板隔声量计算模型,并与测试值进行对比验证。以车身钣金加强肋高度、宽度、加强肋开孔及钣金加强肋布置密度等因素为变量,设计并制造出不同方案的车身钣金加强肋,然后在混响室-全消室中测试了不同方案钣金加强肋隔声量。试验结果表明,钣金加强肋宽度增加,隔声量在全频段上增大;在钣金加强肋上开孔,隔声量下降;钣金加强肋布置密度增大,隔声曲线峰值、谷值增多。基于试验与计算对比结果,对汽车车身钣金加强肋隔声量计算影响因素进行了分析。
2020 Vol. 39 (5): 227-234 [摘要] ( 183 ) HTML (1 KB)  PDF (2302 KB)  ( 59 )
235 基于增量耦合预测控制的风电叶片打磨机械臂末端颤振抑制研究
>戴士杰1,2,成俊1,2,张慧博1,2,王小军1,2
针对风电叶片打磨过程中,末端执行器与叶片表面发生刚性接触而引起末端执行器切向颤振问题,提出一种基于力反馈与加速度前馈复合结构的末端执行器增量耦合预测控制方法。在末端执行器柔性驱动单元数学建模的基础上,基于增量耦合动态矩阵预测控制算法对复合PID控制策略进行改进,将不可控但可预知输入加速度作为磨削轴向力预测序列的一部分。同时,在有限时域内采用二次型性能指标最小化的方式对控制目标进行滚动优化,以确保末端执行器与风电叶片表面柔顺接触。仿真及实验结果表明,此方法可以快速地实现末端执行器的切向颤振抑制,并能最大限度地减小因控制时滞、环境时变、模型失配等带来的误差。
2020 Vol. 39 (5): 235-243 [摘要] ( 163 ) HTML (1 KB)  PDF (1677 KB)  ( 63 )
244 色关联的乘性与加性噪声驱动下的幂函数型单势阱系统的稳态特征
>吴绍祥,罗阳,陈建
研究了色关联的乘性与加性噪声作用下幂函数型单势阱系统的稳态问题。首先利用一致有色噪声近似方法,推导得到稳态概率密度函数(仅以b=1为例),分析色关联的乘性与加性噪声对于稳态概率密度的影响,并通过势阱结构参数分析了势阱的结构对于稳态概率密度的影响。结果表明:参数b=1条件下的互相关强度、自相关时间以及势阱结构参数a,b都会诱导非平衡相变。
2020 Vol. 39 (5): 244-249 [摘要] ( 137 ) HTML (1 KB)  PDF (1208 KB)  ( 27 )
250 阻尼夹芯复合材料加筋板的振动分析与数值模拟
>路庆贺,梁森,周运发,郑长升
以阻尼夹芯复合材料加筋板为研究对象,依据一阶剪切变形理论(FSDT)和Hamilton原理,推导板和加强筋的应变能、动能表达式,采用变分原理建立控制微分方程,根据相关边界条件和傅里叶级数求解方程。建立了ANSYS阻尼夹芯复合材料加筋板的有限元模型,该模型考虑到阻尼夹芯复合材料加筋板中阻尼材料与纤维预浸料间的结合方式,用模态应变能有限元数值模拟方法研究了结构的动力学性能,并通过对数值模拟结果与理论解的比较,验证了模型的合理性和有效性。探讨了不同的筋条尺寸、不同的筋条数量、不同的筋条分布方式对阻尼夹芯复合材料加筋板动力学性能的影响,得出了阻尼夹芯复合材料加筋板的一阶模态频率和损耗因子随不同参数的变化曲线,其结论为阻尼夹芯复合材料加筋板的优化设计提供参考。
2020 Vol. 39 (5): 250-261 [摘要] ( 146 ) HTML (1 KB)  PDF (1663 KB)  ( 107 )
262 基于希尔伯特变换的舵机系统间隙参数辨识及试验方法
>史晓鸣1,窦怡彬1,梅星磊1,许泉1,陶键2
针对舵机间隙参数辨识问题,设计了间隙可调的试验装置模拟舵机传动机构的间隙,以静载突卸方式使其产生自由振动,应用基于希尔伯特变换的自由振动分析方法得到双折线弹性力曲线并辨识间隙参数。并进一步应用于真实飞行器舵机间隙的辨识中。该试验方法获取的振动数据信噪比良好;辨识结果表明本文方法可更为准确的识别出舵机间隙参数,工程评估结果更为安全,对于小型舵机具有良好的适用性。
2020 Vol. 39 (5): 262-266 [摘要] ( 176 ) HTML (1 KB)  PDF (1618 KB)  ( 73 )
267 钢结构厚板的冲击韧性研究
>叶兵1,李睿1,罗仕庭2,胡贤群2,李晓章1
随着钢材在我国大跨度桥梁工程中广泛应用,钢材板厚也日益增加。对于厚板钢材,厚度增大使钢板的应力应变状态发生变化,中心偏析现象严重,更容易降低钢板厚度方向的韧性,且在低温环境下,这种现象表现尤为突出。而现行相关规范缺乏对厚钢板冲击试验规定。根据厚板低温冲击韧性试验数据,对钢板厚度变化对冲击韧性影响进行了探讨,并且利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合,为钢结构厚板工程中冲击韧性取值提供参考作用。
2020 Vol. 39 (5): 267-271 [摘要] ( 187 ) HTML (1 KB)  PDF (1054 KB)  ( 70 )
272 中低频集中质量悬臂式簧片仪基频分析方法研究
>惠安民1,闫明1,冯麟涵2,姜丽杰1,刘海超1
簧片仪是一种中低频冲击响应谱测量装置,设计时可将其简化为端部附带集中质量的悬臂梁。簧片仪的振型方程中存在超越函数,对于等截面簧片仪来说,可使用二分法等数值方法求解,计算量较大,该方法不适用于复杂截面簧片仪基频设计。首先利用悬臂梁自由端受集中力的挠度公式,推导出其等效刚度等效单自由度的弹簧振子系统,利用弹簧振子相关频率公式解决求解集中质量等截面悬臂梁的基频问题,该方法与振型方程求解的基频对比,发现在10 Hz以下的中低频区域,可以很好的保证等截面悬臂梁的基频精度,大于10 Hz的中频段,误差随频率的升高而迅速增大。接下来,通过Mohr积分的方法,推导出等强度集中质量悬臂梁自由端的最大挠度,并给出其基频的设计公式,该方法与试验进行对比,发现误差与等截面悬臂梁有相同趋势,因此利用瑞利能量法修正设计公式中的质量参数,修正后与实验误差在5%左右。经理论与试验验证,所提出的簧片仪设计方法简单可行、计算结果可信。
2020 Vol. 39 (5): 272-277 [摘要] ( 127 ) HTML (1 KB)  PDF (1219 KB)  ( 50 )
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