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2020年 39卷 8期
刊出日期：2020-04-28
论文
论文
1
基于改进自适应变分模态分解的滚动轴承微弱故障诊断
>谷然1，陈捷1，洪荣晶1，潘裕斌1，李媛媛2
滚动轴承早期故障信息微弱，且混有大量背景噪声，难以提取其故障特征。提出了一种改进的自适应变分模态分解(AVMD)与Teager能量谱的微弱故障诊断方法。将最小平均包络熵(MMEE)作为目标函数，自动搜寻影响参数最佳值，确保变分模态分解(VMD)实现最优分解，并提出加权峭度指标(WK)用于选择有效模态分量进行信号重构，对重构信号进行Teager能量谱分析，从而识别故障特征频率。对轴承微弱故障振动信号的研究表明，所提方法改进了传统VMD算法分解精度受参数影响较大，导致信号出现过分解或欠分解的问题；与集合经验模态分解和局部均值分解算法相比所提方法具有更强的噪声鲁棒性和故障信息提取能力。
2020 Vol. 39 (8): 1-7 [
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8
归一化小波熵与RVM的滚动轴承运行可靠度预测
>陈法法1，刘莉莉1，刘芙蓉1，肖文荣1，陈保家1，杨勇2
针对传统可靠度评估和预测方法难以实现对正在服役中的单台机械设备进行可靠度评估和预测的问题。设计了一种基于归一化小波包信息熵与相关向量机的滚动轴承运行可靠度预测方法；该方法主要包括确立运行可靠度指标以及构建相关向量机预测模型，通过试验测取滚动轴承运行过程中的振动信号，利用小波包分解，提取反映滚动轴承运行状态的特征频带能量，基于信息熵理论建立运行可靠度指标；构建相关向量机预测模型，准确预测正在服役中的滚动轴承运行可靠度指标及其变化趋势。试验结果表明，采用归一化小波包信息熵与相关向量机的可靠度预测模型，能有效克服传统基于概率统计数据的平均可靠度计算问题，并且相关向量机的可靠度预测精度更高。
2020 Vol. 39 (8): 8-14 [
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15
基于惯容负刚度动力吸振器的梁响应最小化
>陈杰1，孙维光2，吴杨俊1，张立民1，贺小龙3
提出了两种新型的被动振动控制结构，即含有惯容器和负刚度的动力吸振器振动控制结构，并抑制梁的横向振动。在只考虑一阶模态函数情况下，使用固定点理论推导出了这两种新型动力吸振器的最优控制参数解析表达式。在此基础上，将两种不同的基于惯容负刚度的新型动力吸振器(模型1和模型2)分别与传统动力吸振器在不同质量比下进行了对比分析，数值结果表明，基于惯容负刚度的动力吸振器比传统动力吸振器对梁的振动控制更有效。对于质量比小的情况，模型2比模型1具有更好的减振效果。但是，质量比或者惯容质量比较大时，会导致模型2的最优负刚度比大于0，此时模型2的最优参数不适用。此外，还简要讨论了质量比和惯性质量比对最优系统参数的影响。
2020 Vol. 39 (8): 15-22 [
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23
部分加速度测量下结构恢复力与质量非参数化识别方法
>邓百川1，郭玉荣1，许斌2,3
传统的基于扩展卡尔曼滤波方法的结构非线性行为识别方法往往要求结构质量以及结构非线性恢复力的参数化模型已知。该研究为解决非线性结构质量，结构参数，非线性恢复力的识别问题，提出了一种两阶段识别方法；为提高计算效率采用遗忘因子扩展卡尔曼滤波算法结合等效线性模型实现结构非线性位置的定位，随后采用无迹卡尔曼滤波算法与恢复力的二重切比雪夫多项式非参数化模型识别结构参数，质量与恢复力。在对一个含形状记忆合金(SMA)阻尼器的多自由度体系的数值模型进行了数值模拟验证的基础上，设计了一个含SMA阻尼器的四自由度框架开展动力试验，验证了所提出方法对结构质量以及恢复力的识别效果。
2020 Vol. 39 (8): 23-32 [
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33
斜拉桥斜拉索表面损伤状态下风致振动特性研究
>刘庆宽1,2，孙一飞3，贾娅娅1,2，张磊杰3，马文勇1,2，刘小兵1,2
斜拉桥斜拉索在生产、运输、安装和运营过程中，可能产生划痕、裂缝等损伤，研究斜拉索在表面损伤状态下的风致振动特性，对于准确评估斜拉索在其服役期内的气动稳定性能具有重要意义。通过对光滑和表面存在凹痕的斜拉索模型进行风洞测振试验，分析了雷诺数、来流风向和凹痕尺寸等参数对斜拉索风致振动特性的影响规律，并对振动状态进行了初步判断。结果表明，表面存在凹痕的斜拉索模型的振动特征随雷诺数的整体变化趋势近似于光滑模型，但存在最不利风向，在此风向下，与光滑模型相比，表面存在凹痕的斜拉索模型的风致振动不仅在较低雷诺数发生，而且振幅较大，发生振动的雷诺数区间也较宽。此外，凹痕尺寸对斜拉索模型在试验雷诺数范围内风致振动特性的影响也非常显著，但并非简单的单调关系，而是与来流风向相关。根据模型风致振动频率与Den Hartog驰振准则，初步判断此风致振动不为涡激振动，而为驰振。
2020 Vol. 39 (8): 33-39 [
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40
高空作业平台臂架变幅振动特性研究
>王豪，纪爱敏，张磊，邓铭
在现有高空作业平台直臂的变幅振动特性研究中，将臂架简化为一变截面悬臂梁，亦即视变幅油缸、臂架和转台相连的三角部位为刚性区域；这样，势必带来其分析结果的误差。为此，考虑臂架的实际连接和支承情况，将伸缩臂架等效为根部铰支、中间弹性支承且带有集中参数的变截面梁；基于哈密顿原理建立了变幅过程中臂架振动的微分方程，求解得到臂架振动的固有频率和振型，在此基础上结合特解和振型之间的正交性得到希尔伯特空间内臂架振动的状态空间方程，在Matlab/Simulink环境下进行动态仿真，可以得到随着仰角变化，臂架头部的振动响应。结果表明，所得臂架头部的振幅超过常规研究中29%以上，该研究可为高空作业平台振动控制提供更为精确的理论参考。
2020 Vol. 39 (8): 40-46 [
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47
堆内构件径向支承键流致振动载荷研究
>艾卫江
CAP1400堆内构件设计过程中，由于涉及系统性和非线性，径向支承键流致振动载荷的预测是一个难点；传统方法针对单部件，采用线性的功率谱密度分析，据此对径向支承键载荷进行非常保守的估计。提出了一种新的计算径向支承键流致振动载荷的简化分析方法，可考虑间隙、刚度、摩擦等非线性效应，从而得到更为准确的结果；建立了CAP1400下部堆内构件的有限元模型，并通过CAP1400堆内构件比例模型动态特性试验结果，验证了该模型的正确性；形成了功率谱密度载荷和时程载荷的转换方法，并验证了其准确性；通过1∶6比例模型试验结果，验证了时程分析方法的准确性。利用CAP1400下降环腔的流致振动载荷，对有限元模型加载进行时程分析，得到了不同间隙状态下堆内构件径向支承键的流致振动载荷。
2020 Vol. 39 (8): 47-50 [
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51
吸能型防冲立柱液体冲击问题研究
>张建卓，张佳林
针对冲击作用下加入吸能构件后液压立柱的液体冲击问题，对扩径式构件在不同加载下的变形行为和特性进行分析，建立基于LuGre模型的吸能构件能量吸收模型。基于液体冲击定解问题的一般方程进行吸能构件及立柱系统顶板来压液体冲击理论和仿真分析，得到吸能构件对立柱内液体冲击的影响规律。结果表明：最大静摩擦力和库伦摩擦力对应吸能构件峰值承载力以及稳定变形阶段反作用力，鬃毛刚度和微观阻尼系数影响吸能构件弹性变形过度到塑性变形时的力-位移特性；随着扩径式构件的变形过程，吸能构件对立柱液体冲击的影响作用分为近似弹性、柔性让位吸能和刚性三个阶段。
2020 Vol. 39 (8): 51-57 [
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58
基于实测扫频响应反推管路卡箍支承刚度及阻尼
>高晔1,2，孙伟1,2，马辉1,2
为了建立管路系统动力学模型并分析其振动特性，需获取动载荷下卡箍支承刚度及阻尼等力学特性参数。该研究提出一种基于实测扫频响应的响应面法来反推上述参数的方法；提出了基于响应面反推管路卡箍支承刚度和阻尼的辨识算法；利用自编有限元创建了管体-卡箍系统的动力学模型，推导了管路系统振动响应；在利用响应面法的匹配计算中，进行了卡箍刚度及阻尼关于频率和对应响应的多项式拟合，并采用基本遗传算法进行了优化。在实例研究中，用提出的方法辨识出了所研究管路卡箍的具有频率依赖性的支承刚度和阻尼；将辨识值回代到分析模型中，通过比较预测的与实测的频域响应，共振频率及响应偏差均小于3%，证明了辨识结果的合理性。
2020 Vol. 39 (8): 58-63 [
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64
高架轨道桥梁新型橡胶减振支座的减振效果分析
>孙亮明，胡振，杜友福，谢伟平
为减小列车在高架轨道桥梁上运行引起的环境振动，开发了一种新型橡胶减振支座。此新型支座采用高阻尼厚层橡胶块倾斜布置的设计方案，在实现竖向减振的同时还可以提供较大的横向水平刚度；为研究这种新型支座的减振效果，建立了上部质量块-橡胶减振支座-桥墩体系有限元模型，采用竖向扫频激振的方式对其减振效果进行数值模拟；设计了一系列工况对影响新型支座减振效果的因素进行分析。研究表明：激振力幅值对新型支座的振动插入损失无影响，但增大桥墩高度会导致新型支座的振动插入损失减小；当激振力幅值取140 kN、桥墩高度取6 m时，新型支座的振动插入损失为17.53 dB；在满足承载力的情况下，增大橡胶块的倾角、增大橡胶块中橡胶层总厚度、减少橡胶层数的划分，可以降低新型支座的压缩刚度，进而提高新型支座的减振效果。
2020 Vol. 39 (8): 64-71 [
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72
舰载飞机机体主传力结构拦阻冲击动力学试验与仿真分析
>张浩成1，刘晓明1，李翀伦2，姚小虎3，熊文强3，张闰3
舰载飞机拦阻着舰过程中，在多系统相互耦合条件下复杂的拦阻动载荷通过拦阻钩作用于机体结构，对机体结构安全性提出挑战。研究此过程中拦阻动载荷在结构上的传播规律及主传力结构的动响应特性具有极为重要的意义。通过地面拦阻冲击模拟试验，对舰载飞机拦阻减速过程中机体主传力结构动响应进行分析研究，并基于刚柔耦合动力学模型对试验过程进行数值模拟仿真分析。研究得到了拦阻过载和应力应变在结构上的响应特征，获取了过载和应变峰值沿机体传力路径的分布规律，可以作为舰载飞机结构强度设计的重要参考依据。研究表明拦阻冲击过载峰值沿主传力路径顺航向，呈现出明显的衰减趋势。靠近拦阻钩接头结构过载峰值较高，但由于冲击时间短，应变响应较小，不会对机体结构造成损伤和破坏。拦阻载荷在机翼隔离框位置会产生应力集中效应，结构设计时应注意对相应结构作局部加强。
2020 Vol. 39 (8): 72-78 [
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79
设置多功能摩擦摆系统的单层球面网壳结构地震响应分析
>庄鹏1,2,3，戢广禹1，刘沛1，韩淼1,2,3
提出了一种新型多功能摩擦摆支座(MFPB)，考察了其在周边支承单层球面网壳结构中减震控制性能。上诉隔震装置由摩擦摆支座、形状记忆合金(SMA)拉索和套筒式限位器组成；为了研究MFPB的隔震耗能机理，建立了此隔震支座的理论模型，进而，对MFPB的滞回行为进行了数值模拟，并分析了其性能特征；将MFPB隔震系统引入单层球面网壳结构中，基于ABAQUS软件建立了受控结构的分析模型；对结构进行了非线性时程分析，利用结构的动力响应指标，评估了受控和无控网壳的抗震性能。研究结果表明，所研发的新型隔震系统可有效降低结构的多维地震响应，且具备抵抗强震灾变的潜力，故有助于提升高位隔震空间网壳结构的总体抗震性能。
2020 Vol. 39 (8): 79-87 [
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88
高烈度软土场地桥梁地震与冲刷联合作用效应研究
>周敉1，赵威2，石雄伟3，朱国强1
冲刷会导致桥梁基础裸露，土体对桩基的约束作用减弱，使得桥梁基础在地震作用下的危险性增大，因此建立冲刷与地震联合作用下桥梁的失效概率模型，分析震区连续刚构桥冲刷作用组合分项系数具有重要的意义。以地震基本烈度Ⅷ度区某连续刚构桥为依托工程，基于Monte-Carlo法确定冲刷深度的分布函数，并采用CSIBridge有限元软件建立不同冲刷深度下全桥空间有限元动力模型，进行48条地震波下的增量动力分析(IDA)，计算不同冲刷深度的地震作用效应分布函数，并采用直接积分法求得桥梁基础的失效概率及可靠度指标。研究结果表明：通过冲刷与地震的联合作用框架下失效概率分析，可建立冲刷深度与失效概率的非线性关系；该方法可合理确定冲刷与地震作用组合下荷载组合分项系数，可为桥梁在冲刷与地震联合作用下的风险评估和设计提供参考。
2020 Vol. 39 (8): 88-98 [
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99
基于无参数经验小波变换的风电齿轮箱故障特征提取
>丁显1，徐进1，滕伟2，王伟2
风电机组通常以集群规模化运行，机组结构复杂、振动测点多，所产生的振动数据量大，仅靠人工进行故障诊断具有较大挑战。提出基于无参数经验小波变换的风电齿轮箱故障特征提取方法，运用尺度空间方法和经验法则对振动信号的傅里叶谱进行自动分割，获得不同的滤波频带，据此设计一系列经验小波滤波器对信号进行分解和重构，获得不同频带下的经验模式，进一步采用裕度因子对分解后的经验模式进行排序，选取裕度因子最大的经验模式作为故障敏感模式；该方法能在无需预设任何参数的情况下对振动信号进行分解与故障特征提取，具有自适应性。风电试验台和实测风电齿轮箱故障案例验证了方法的有效性。
2020 Vol. 39 (8): 99-105 [
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106
基于自适应模糊补偿的不确定性机器人CNF控制
>蒋沅1,2,3，公成龙1，吕科2，代冀阳1,3
为解决不确定性因素对机器人系统的影响，实现不确定性机器人系统准确跟踪参考输入的能力，研究了自适应模糊控制和组合非线性反馈(CNF)控制相结合的策略。提出了一种基于自适应模糊补偿的机器人CNF控制器。核心是将系统的不确定性利用自适应模糊控制进行在线逼近，作为CNF控制器的补偿项，充分利用两种控制方法的优势，降低不确定性因素对系统性能的影响。通过反馈线性化技术与Lyapunov理论，证明了闭环系统的收敛性；最终仿真结果证实了此方法的有效性。
2020 Vol. 39 (8): 106-111 [
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112
带有移动末端执行器的柔性机械臂的动力学分析
>赵亮
为了分析带有移动末端执行器的柔性机械臂的振动特性，将该系统建模成一个带有移动质量的在竖向平面内作伸缩和旋转运动的柔性悬臂梁。为了方便研究，引入了两个坐标系：随悬臂梁旋转的局部坐标系和固定不动的整体坐标系；结构在局部坐标系下的物理量转化到整体坐标系中，并给出总动能和总势能，利用拉格朗日方程和假设模态法导出了结构的动力学方程；当机械臂以匀速旋转时，系统动力学方程为线性；当机械臂变速旋转时，系统动力学方程为非线性；通过数值算例分析了机械臂和移动末端执行器在不同运动状态下的动力响应；此外还讨论了移动末端执行器和机械臂间的摩擦力对机械臂振动特性的影响。所得结论为相关机器人及其装备的设计提供了理论依据。
2020 Vol. 39 (8): 112-117 [
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118
磁流变弹性体隔振器隔振控制与实验研究
>马伟佳，黄学功，汪辉兴，张广，王炅
为了更好地对磁流变弹性体隔振器的隔振性能及其控制策略进行研究。通过基于扫频激励的实验测试了磁流变弹性体隔振器的移频特性，证明了磁流变弹性体隔振器具有较宽的移频范围。基于磁流变弹性体隔振器的移频特性，提出了针对扫频激励的on-off控制策略。使用了基于变阻尼、变刚度的on-off控制策略，并将其应用于简谐激励和随机激励。通过实验研究证明，在控制策略的控制下，磁流变弹性体隔振器对于不同的激励形式都有着很好的隔振效果。该研究可以为磁流变弹性体隔振器的工程应用奠定基础。
2020 Vol. 39 (8): 118-122 [
摘要
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212
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123
基于主动格栅脉动流场的抖振力测试与相关性研究
>向丹1，朱立山2，牛华伟1
为了探究钝体断面在紊流作用下抖振力的相关性机理，以矩形桥梁断面为例，在主动格栅产生的脉动流场中，通过测压试验并结合不同相关性模型拟合方法，研究了在不同脉动频率下抖振力的空间分布特性。对比探究矩形桥梁断面在静止状态以及运动状态抖振力空间相关性的变化，并利用matlab进一步分解自激力与抖振力，以此来分析自激力对抖振力展向相关性的影响；同时，通过天平测力试验(同步测压)对比了两种不同测力方法的试验结果。试验结果表明抖振阻力跨向相关性伴随着频率和跨向间距的增大而减小，在气动自激力的影响下，抖振力的跨向相关性能得到一定程度的提高，并高于来流脉动风速的相关性。
2020 Vol. 39 (8): 123-130 [
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131
延性系数和调幅因子对等延性强度谱的影响分析
>来庆辉1，胡进军1，樊圆2，谢礼立1
在目前结构抗震设计中，将调幅后的地震动记录作为地震动输入匹配规范谱的方法非常常见；为了分析延性系数和调幅因子对等延性强度谱的影响，通过计算单自由度体系动力时程弹塑性反应，分析了延性系数、调幅因子等因素对等延性屈服强度谱和等延性地震抗力谱的影响。经研究分析得出在不同延性系数、调幅因子条件下等延性屈服强度谱和等延性地震抗力谱的变化规律：当周期确定时，对地震动记录进行调幅时等延性地震抗力谱谱值变化趋势与调幅因子增减相同，而等延性屈服强度谱不变；延性系数逐渐增大时，等延性屈服强度谱和等延性地震抗力谱的谱值会逐渐减小。研究成果解释和阐明了延性系数和调幅因子对等延性强度谱的影响以及复杂的地震作用与结构动力特性之间的关系，可以为结构抗震研究和设计提供依据。
2020 Vol. 39 (8): 131-135 [
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136
静电力非线性对双检测微陀螺谐振频率及灵敏度稳定性的影响
>郝淑英1,2,3，李伟雄1,2,3，李会杰1,2,3，张琪昌4,5，冯晶晶1,2,3，张昆鹏1,2,3
为探究如何避免静电力非线性的影响或利用高电压下的静电力非线性和微梁几何非线性对冲以实现高稳定性和高灵敏度微陀螺的设计。考虑边缘效应下的静电力非线性和刚度立方非线性同时存在时，结构参数对双检测微陀螺动力学性能的影响规律；研究表明，梳齿未交叠长度越小，直流偏置电压越大，则共振频率偏移量越大，静电力的软化效果也越显著；梳齿未交叠长度存在一阀值，大于此值时静电力非线性弱化为零且对幅值的影响存在饱和现象，利用此特性可保持灵敏度的稳定性。通过微梁几何非线性的设计和控制调节驱动刚度非线性导致的硬化特性来平衡静电力带来的软化特征，使幅频曲线呈现理想的线性状态，避免了因硬化、软化特性造成的频率失稳和振幅跳跃现象的发生，同时也获得了较高的灵敏度和稳定性。
2020 Vol. 39 (8): 136-142 [
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143
大跨度悬索桥涡激振动动态监控预测
>张勇1，曹素功1,2，马如进2，田浩1,3，胡皓1，徐世桥2
大跨度悬索桥的涡激振动发生频率较高，严重时将影响到行车安全性和舒适度。为了能及时预测大跨度悬索桥的涡激振动，以某跨海大桥为例，依托其结构监测系统长期监测数据，选取了顺风向平均风速、风向角、能量集中系数以及加速度均方根（RMS）作为涡激振动发生的特征参数，根据特征参数与涡激振动的相关性，构造了跨海大桥涡激振动的动态监控预测模型，建立了独立的涡激振动动态监控系统。结果表明：涡振发生时风向角主要分布在300°~330°与120°~150°；能量集中系数（功率谱密度之比WP2/WP1）小于0.1；主桥振动加速度均方根值大于5 cm/s2；构造的系统模型预测识别率达到72%，建立的涡激振动动态监控系统识别准确率达到93%，同时开发了涡激振动预警App，实际预警效果良好，可为同类型桥梁的涡激振动预测提供借鉴。
2020 Vol. 39 (8): 143-150 [
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151
应力卸载过程砂岩应力波传播及衰减特性试验研究
>程昀1，宋战平1,2，金解放3，王军保1,2，杨腾添2,4
由于岩体开挖卸载和原岩应力重新分布的复杂性，围岩体通常处于复杂的应力卸载环境中。为研究应力卸载过程砂岩应力波的传播及衰减特性，设计了长径比L/D≈65的条形试件，利用动静组合加载装置进行了不同轴向卸载应力下的小扰动撞击试验，测得了不同测点处的砂岩应力波信号，研究了不同卸载应力对应力波波形、纵波波速值、波峰的时空衰减规律、波峰及波峰衰减速率等的影响，并建立了经验规律模型。研究表明：砂岩是否具有卸载应力对应力波波形具有显著影响；随应力卸载，纵波波速呈“近似线性+非线性”衰减，波峰及其衰减率均呈指数变化；随距离和时间增加，波峰均呈指数衰减，且不同应力卸载阶段波峰的时空衰减具有不同敏感性；研究结果对爆破开挖条件下深部工程岩体稳定性分析提供了重要的理论参考。
2020 Vol. 39 (8): 151-158 [
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159
基于时域特征分布的核爆电磁脉冲识别算法
>王涛1，陈福贵2，刘明2，石小磊2，陈伟辉2，朱万华1，黄玲1，方广有1
为解决近区核爆电磁脉冲（NEMP）与闪电电磁脉冲（LEMP）的识别问题，提出一种500 km内的时域自动识别算法，并详细介绍了关键环节的具体实现过程。对于多站接收到的同源电磁脉冲（EMP）信号，通过场强阈值触发和波形相关运算结合，确定各条波形时域分析的起始点；根据1 000 km处各站直达波和反射波的时差估算电离层高度，以此高度计算时域分析的截止点。定义4个特征参数来表征该段时间范围内的波形特征，并通过对大量的LEMP样本进行统计，得到各个特征参数的分布特性，结合实测NEMP波形的特征参数，制定一套NEMP自动识别算法。实测数据验证结果显示，该算法可有效排除99%以上的LEMP干扰，并有效识别近区范围内的NEMP波形。
2020 Vol. 39 (8): 159-164 [
摘要
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165
含倾斜裂纹三点弯动态断裂试验研究
>郑昌达1，杨立云1，丁晨曦1，陈程1，肖成龙1，赵勇2
为研究冲击荷载下巷道围岩不同角度径向裂纹的破坏机制，采用落锤冲击加载平台和数字激光动态焦散线实验系统，以有机玻璃为试验材料，设计冲击荷载下半圆孔上不同角度裂纹的三点弯动态断裂试验，记录预制裂纹的角度α的改变对裂纹动态力学行为的影响，通过分析动态应力强度因子和裂纹扩展轨迹的分形维数对实验现象进行归纳总结。研究发现：①预制裂纹角度对裂纹尖端应变能的积累和释放的快慢有较大影响，随着角度的增大，起裂时间变短，起裂更容易，裂纹尖端应变能积累的更快；②裂纹尖端应变能释放的快慢在α=45°两侧表现出不同的规律；③不同角度裂纹的Ⅰ型动态应力强度因子随时间的变化规律具有相似性，但最大值却具有差异性；④不同角度裂纹的扩展轨迹满足一定的分形规律。
2020 Vol. 39 (8): 165-171 [
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172
基于改进HMM和Pearson相似度分析的滚动轴承自适应寿命预测方法
>瞿家明1，周易文1，王恒1，黄希1，姜杰2
基于数据驱动思想，提出了一种相同工况下的滚动轴承寿命预测方法。针对轴承全寿命监测数据，根据K-means聚类算法划分轴承运行状态空间，考虑到隐马尔科夫模型主链为状态链的不足，对状态转移矩阵重新定义，将主链改进为寿命链，建立了基于改进HMM的全寿命状态驻留时间模型；将观测轴承数据、实时与建模数据进行Pearson相似度分析，构造寿命比例调节系数，实现寿命模型参数的动态修正和观测轴承寿命的自适应预测。采用美国辛辛那提大学实验中心轴承试验数据开展了应用研究，通过一组轴承全寿命数据实现了对其它轴承不同阶段及全寿命的预测，与传统的隐马尔科夫模型、灰色模型预测等方法预测结果相比，所提算法兼具较好的预测准确性和模型的泛化性。
2020 Vol. 39 (8): 172-177 [
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178
风场特性测量的地形模型边界过渡形式研究
>靖洪淼1，廖海黎1,2，马存明1,2，李志国1,2
针对风场特性测量的地形模型边界过渡段形式问题，参考航空飞行器过渡段设计理论，提出了适用于地形模型边界过渡的连续性设计原则，即坐标连续、一阶连续和二阶连续。根据该连续性原则，还提出了一种基于双曲正切函数曲线的过渡段形式，并通过CFD数值模拟方法，与目前广泛采用的斜坡过渡、一阶过渡（维多辛斯基曲线）进行了对比，证明了该过渡段形式的有效性和优越性。同时还针对不同长度的边界过渡段进行了研究，结果表明随着过渡段长度的增加，气流过渡效果越好。所提出的地形模型过渡段连续性设计原则和曲线形式，为地形模型边界过渡段的设计提供了理论依据和案例支持，具有重要的意义。
2020 Vol. 39 (8): 178-185 [
摘要
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186
三交叉弦结构非线性自由振动频率特性分析
>潘渤1,2，徐自力3，赵博1,2，葛祥2
依据哈密顿原理获得了三交叉弦结构非线性自由振动的运动方程，并应用摄动法推导了自振频率下的一阶摄动解。相较于传统的单根弦线非线性振动运动方程多采用单三角级数，三交叉弦结构首次采用三重三角级数解法并成功获取一阶摄动解。通过分析表明，非线性自振频率的解析解除了具有典型的非线性特性，还体现了各个子结构参数变化对整体结构自振频率的影响，即存在子结构间的耦合特性。结果表明，整个结构与局部子结构在子结构自身因参数发生改变时，变化幅度之间不是线性关系，且整体结构小于子结构自身因参数改变的变化幅度。
2020 Vol. 39 (8): 186-192 [
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193
主梁式TBM关键结构参数对其动力学特性的影响规律
>夏毅敏1,2，马劼嵩1,2，李正光1,2，梅勇兵2,3，暨智勇2,3
全断面岩石隧道掘进机(TBM)在掘进过程中，承受不断变化的大推力、大扭矩、倾覆力矩等随机载荷，引起主机较大的振动。为了减少主机系统各部件的疲劳失效，提高掘进效率，基于动力学仿真软件建立了主梁式TBM主机系统动力学模型，研究主机系统的动力学特性及主梁结构参数对其动力学特性的影响规律。研究结果表明：主梁1长度增加会导致主梁1振动变大，主梁2和鞍架的振动减小。主梁1板厚增加会导致主梁1振动减小，主梁2的振动缓慢增大，鞍架的振动先增加后减小，在上、下腹板厚度50 mm，侧板厚度40 mm，前、后法兰厚度105 mm时，振动达到最大值；刀盘掘进方向的加速度有效值为1.1g，主梁加速度有效值为0.21g，随着向后传递振动逐渐减弱，振动频率主要集中在0~50 Hz；依据仿真结果确定了主梁的相关参数，该TBM在某引水工程中经过2年的应用，工程已顺利贯通；现场测试结果表明，三向振动测试数据与仿真结果的误差基本低于20%。
2020 Vol. 39 (8): 193-201 [
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202
基于格子-大涡理论的高频换向阀压力特性研究
>吴万荣1，龙果锐1，郝前华1,2
为揭示高频换向阀的阀口压力特性，降低压力损失，采用格子Boltzmann方法，并结合大涡理论模拟高雷诺数下的阀口流体流动。建立基于格子-大涡理论的高频换向阀格子模型，模拟阀不同尺寸参数下的阀口特性，得出进油腔体积和最大过流面积均对阀口压力有较大的影响，且对于一定的最大过流面积，开口度对阀口压力影响最大。结果表明格子Boltzmann方法具有准确、计算效率高等优点，可以应用于液压激振系统的分析研究。
2020 Vol. 39 (8): 202-207 [
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208
弹性螺旋桨-轴系建模及振动特性的解析方法研究
>康伟1,2，张振果1,2，谌勇1,2
为考虑螺旋桨自身弹性对桨-轴系统振动特性的影响，建立了一套基于Timoshenko梁理论的解析方法。将螺旋桨、轴系均用Timoshenko梁建模，结合桨叶与轴系连接处的协调条件及其边界条件，给出系统横向、纵向自由振动的控制方程；在同有限元结果对比表明本方法具有良好精度基础上，分析了桨叶弹性对系统模态的影响及桨-轴系统的力传递特性。研究表明：桨-轴系统的模态振型中螺旋桨叶片和轴系的弹性变形同时发生且相互影响,叶片弯曲模态会加剧轴系振动；作用于桨叶的激励引起的桨-轴系统轴承处的纵向传递力被桨叶弯曲和轴系纵振两阶模态显著放大，而横向传递力主要由桨叶及轴系的弯曲模态控制。
2020 Vol. 39 (8): 208-214 [
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215
垂向动磁式压电振动能量收集器建模及实验研究
>芮小博1，李一博1，刘悦1，郑晓雷1，綦磊1,2，曾周末1
该研究展示了一种垂向动磁式压电振动能量收集器，利用垂向磁铁的非线性力改善了单一悬臂梁的收集性能；为了对该结构进行设计分析与参数优化，建立了集总参数理论模型，利用仿真对多种模式进行了研究。聚焦于低频排斥模式，利用实验开展进一步研究；使用铝合金与压电纤维材料MFC搭建了实验平台，并验证了系统的能量收集性能。实验结果表明，该结构能够有效优化能量收集性能，且在误差允许范围内，数值仿真可有效预测结构性质；基于仿真及实验，对结构中的磁铁间距及磁感应强度参数进行研究并进行了最优化，在最优化参数下带宽可提高40.6%，峰值功率可提高42.7%。
2020 Vol. 39 (8): 215-221 [
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222
Alford力和磁悬浮轴承对转子系统动力学特性的影响
>王小虎，鄢光荣，胡瑶尧，唐瑞
以磁悬浮轴承支承的航空发动机高压模拟转子为对象，研究了在压气机叶尖气流激振力和磁悬浮轴承电磁力共同作用下的转子系统动力学特性。采用Timoshenko梁理论建立了模拟转子的有限元模型，在模型中引入由PID方法控制的差动磁悬浮轴承电磁力以及由Alford力表示的压气机叶尖气流激振力，利用Newmark-β法求解了转子系统的动力学响应。计算结果表明，在非线性Alford力和磁轴承电磁力共同作用下，转子系统表现出了较复杂的动力学特征；磁悬浮轴承的控制参数对转子系统特性有较大影响，不同取值可能导致转子出现单周期、多周期拟周期甚至失稳等不同动力学行为；因此，对由磁悬浮轴承支承并含轴流压气机的转子，需考虑叶尖气流激振力与电磁轴承力的相互影响进而确定轴承控制参数。
2020 Vol. 39 (8): 222-229 [
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230
串列双方柱干扰效应流动机理研究
>樊晓羽1，秦浩1，商敬淼2，胡帅1
为了研究建筑群体周围的流场结构，减小工程设计中由于干扰效应造成的损失，利用粒子图像测速(PIV)结合数值模拟，研究在较大雷诺数及不同间隙工况下，双方柱流场受干扰时的流动特性及流场空间结构。分析升阻力系数、涡脱频率、斯特劳哈尔数等流场特征参数，探究不同间隙对串列双方柱的影响。当Re=3.42×104时，存在临界间隙比G=4使串列双方柱流场结构发生突变，试验观察到流场中出现双稳态现象；当G<4时，下风向方柱平均阻力系数为负值，小于单方柱情况下的阻力，屏蔽效应明显，上风向方柱后方涡脱落被抑制，平均阻力系数出现了明显的降幅，最大降幅约达10%；当G>4时，上下方柱均有涡旋脱落。该结果对于工程应用具有参考意义。
2020 Vol. 39 (8): 230-238 [
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239
无风环境下振动薄平板断面的非线性气动效应研究
>应旭永1,2，张哲3
基于随机拉格朗日-欧拉（ALE）法和弱耦合方法，建立了断面风振响应计算的数值模型。提出了无风环境下振动断面的气动力数学表达式，模拟了薄平板断面在无风环境下的自由振动响应，进而计算了断面的非线性振动频率和阻尼比。结果表明：提出的气动力模型能够有效的描述无风环境下作用在振动断面上的非定常气动力；无风环境下振动中的主梁断面，竖向振动比扭转振动对周围空气的干扰作用更大；若忽略无风环境下的气动效应，将会带来一定的误差；初始激励对无风环境下主梁断面的气动效应有较大的影响。
2020 Vol. 39 (8): 239-244 [
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245
含焊接残余应力的结构模型参数修正研究
>陈炉云，郭永晋，易宏
提出考虑焊接残余应力的结构模型参数修正方法。在预应力分布模型基础上建立含焊接残余应力的结构刚度矩阵方程，分析了焊接残余应力对结构刚度及结构振动特性的影响；以消除焊接残余应力对数值计算规模和计算精度的影响为目标。应用结构优化算法，以结构固有频率残差最小化为目标，开展有限元模型的结构参数修正研究；最后，以圆柱壳结构为例，实施基于结构模型参数修正的优化计算，验证方法的可行性。
2020 Vol. 39 (8): 245-249 [
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250
非平稳激励下薄板结构减振附加阻尼层的拓扑优化
>李雪平，林猛峰，魏鹏，苏成
讨论了附加阻尼层的薄板结构在非平稳随机力作用下以减振为目标的阻尼材料层的拓扑优化问题。建立了以阻尼材料的相对密度为设计变量，以结构非平稳响应位移方差最小化为目标和阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。由于结构受到非平稳随机激励作用，其随机响应可以采用时域显式法快速求解；随机响应方差对设计变量的灵敏度采用了基于伴随变量法的时域显式法进行分析，并采用优化准则法求解优化问题。数值算例验证了所提方法在非平稳随机激励作用下进行动力拓扑优化减振的可行性与有效性。
2020 Vol. 39 (8): 250-257 [
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258
基于SEA分析验证的混响箱-消声室实验方法设计及隔声性能研究
>张磊1,2，郑旭1，陈军2，郝志勇1
不同于以往的理论、经验设计，采用低频段的声固耦合法、中高频段的统计能量法（SEA）对设计的混响声场进行声学分析，提高混响水平。根据虚拟结果建立混响箱实物，置于半消声室内进行测试，混响箱结构本体的噪声衰减量超过50 dB，混响时间达到混响要求，混响场内不同位置声压值差距均小于2 dB，该混响箱设计满足混响声场的要求；将SEA法隔声计算结果与应用混响箱-消声室法对板件的隔声测试结果进行对比，两者吻合良好；因此该实验方法能实现很好的隔声效果。通过该方法可快速对单层板及夹层板件进行隔声测试，发现吻合频率效应对隔声性能影响较大；以上研究对工程应用有较大的参考意义。
2020 Vol. 39 (8): 258-263 [
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264
基于叠加模型的橡胶元件动态特性分析
>李思杰，罗世辉，王波，马卫华
基于模型叠加理论，针对橡胶元件的动态特性开展研究。采用时间—步长法，在MATLAB中建立了一维多参数橡胶叠加本构模型。模型由弹性单元、黏弹单元和弹塑单元并联构成。黏弹单元采用Able黏壶，用于表征橡胶元件的频率依赖性；弹塑单元采用多线性理想弹塑模型，用于表征橡胶元件的振幅依赖性。对比测试结果表明：在计算谐波激励下橡胶弹簧的受力时，力—位移迟滞曲线的计算结果与测试数据能很好地吻合，刚度频率振幅依赖性和阻尼频率依赖性能被较好的表征。在计算随机激励下橡胶隔振器的受力时，高频激励下的计算结果与测试数据能较好地吻合，低频激励下有一定程度的偏差，但计算精度在工程可接受范围之内。提出的叠加模型能较好的表征橡胶元件的动态特性，能够提高动力学模型的准确性。
2020 Vol. 39 (8): 264-270 [
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271
基于多体动力学的尾撬缓冲器动态性能研究
>冯蕴雯1，朱铮铮1，潘文廷2，朱鲜飞1
为了获得民机尾撬缓冲器吸能功量特性，提出了一套结合理论分析、协同仿真及试验验证的系统分析方法。以缓冲器理论分析模型为基础，建立了包含缓冲器动力学和液压系统的协同仿真模型；规划并实施了相应的落震仿真试验，将仿真结果与试验结果进行对比分析，验证了仿真模型的有效性和分析方法的可行性；详细讨论了不同充气压力和投放高度等关键参数对缓冲器动态性能的影响，总结了缓冲器功量、最大行程及最大轴向力随相关参数的变化规律。分析方法和结论可用于指导尾撬缓冲器的设计和选型，对民机的试飞工作具有一定的参考价值。
2020 Vol. 39 (8): 271-276 [
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