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2020年 39卷 11期
刊出日期：2020-06-15
论文
论文
1
调节阀振动特征的研究进展
>钱锦远,吴嘉懿,金志江
为全面认识调节阀振动问题，以近年国内工程领域调节阀振动事故案例为引，从外激振动和流激振动两个方面分析了调节阀振动产生机理，从实验方法、理论模型仿真和数值模拟三个角度总结了调节阀振动研究方法，从根源减振与传播减振两种类型回顾了调节阀振动抑制措施。经过分析总结，探讨了目前研究存在的主要问题，并给出了展望：流激振动机理研究还不够完善，不同类型的流激振动无法区分，应建立特征识别技术，并开展竞争机制研究；实验方法与理论模型仿真各有局限，有待提高。不同数值模拟方法的准确性与资源消耗比较有待探索；应建立调节阀品位评价体系，对高品位调节阀开发根源减振措施，对低品位调节阀选用传播减振措施。
2020 Vol. 39 (11): 1-13 [
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14
典型铁路梁桥抗震设计地震动破坏势排序
>胡进军1,樊圆2,来庆辉1，谢礼立1
输入地震动的选取是桥梁抗震分析中的重要环节，不同的输入地震动引起的桥梁结构反应有显著差异。为了对铁路桥梁抗震设计地震动的选择提供定量依据，本文将“最不利设计地震动”的概念拓展并应用到桥梁抗震领域，研究典型铁路梁桥在不同地震动作用下的结构响应，得到基于结构相应参数的输入地震动破坏能力排序。本文首先确定了桥梁地震动输入以及评价指标，使用OpenSees对桥墩模型输入大量地震动记录进行有限元分析，通过调幅手段研究幅值与单一参数的关系，并引入颜色映射理论研究幅值与多参数的关系。研究表明：(1)当较低幅值地震动作用在结构上时，结构的地震响应与第一周期反应谱值相关性最好；(2)随着幅值的增加，结构周期增长，地震响应与更长周期反应谱值以及速度、位移参数、持时参数等的相关性会逐步提高；(3)通过动力时程计算并对墩顶位移进行比较，给出了模型在设定地震作用下的排序，结果可为相关桥梁结构的输入地震动选取提供参考。
2020 Vol. 39 (11): 14-21 [
摘要
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22
圆柱体横流与顺流方向涡激振动耦合模型研究
>高云1,张壮壮2,杨斌2,邹丽3
基于尾流振子模型对刚性圆柱体在横流以及顺流方向涡激振动耦合模型进行了研究。首先建立了横流以及顺流方向考虑结构几何非线性的结构振子以及尾流振子模型，其次基于二阶精度中心差分格式对模型进行先离散后迭代求解，再次通过与他人实验结果进行对比验证了本文数值模型的可靠性，最后对不同质量比、不同结构阻尼比以及不同几何非线性系数下圆柱体涡激振动响应振动幅值以及振动轨迹进行了分析。分析结果表明：随着质量比的增大，横流以及顺流方向的振动幅值均呈下降趋势，锁定区间宽度逐渐变窄。随着结构阻尼比的增大，横流以及顺流方向的振动幅值同样呈下降趋势，而锁定区间宽度逐渐变宽。随着折合速度的增加，结构振动轨迹依次出现斜“8”字形、“月牙”形以及正“8”字形。随着几何非线性系数的增加，横流以及顺流方向振动幅值从上分支进入低分支时的位移突降现象会变得越来越明显。
2020 Vol. 39 (11): 22-30 [
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31
多孔材料对空腔噪声抑制效果研究
>宁方立1,2，张畅通1,2，宁舜山1,2，刘哲1,2,韦娟3
研究马赫数为0.85的条件下，空腔的壁板使用多孔材料对空腔噪声和空腔流动的影响。利用大涡模拟(LES)来预测空腔内的流体流动，考虑到多孔材料对湍流的影响由渗透性损失和内部损失两部分组成,使用Ergun半经验公式来预测这两部分的影响，再结合LES湍流模型可以预测多孔材料内的流体流动。研究结果表明，空腔的前壁、后壁、底板使用多孔材料均可以改善空腔内的流场，并且可以抑制空腔噪声，其中空腔底板使用多孔材料对空腔噪声的抑制效果最为显著，可以使得空腔后部的总声压级降低3dB以上。
2020 Vol. 39 (11): 31-37 [
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38
振荡浮子式波能转换装置动力输出系统特性研究
>张万超1，周亚辉2，周效国1
动力输出系统(Power Take-Off, PTO)作为波浪能转换装置(Wave Energy Converter, WEC)的主要构件之一，对系统运动及能量转换至关重要。本文首先基于势流理论，运用特征函数展开法得到圆柱形浮体所在流域的速度势函数级数表达式，进而通过边界匹配法得到作垂荡运动浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的解析表达式。针对阻尼器特性，分别研究线性和非线性PTO阻尼作用下，浮子的运动及波能转换特性，重点研究了线性PTO作用下的过阻尼问题。计算结果表明，低速度指数的 PTO 系统对装置运动的影响主要体现在PTO 阻尼系数上，随着阻尼系数增大，波能装置的共振频率逐渐减小，但减小幅度很小；PTO 系统的非线性特性并不能改变浮子的最优转换效率，但是较大的速度指数能有效改善 PTO 系统的阻尼容量；在较低频和较高频时，通过解析算法得到的最优 PTO 阻尼系数会使得装置处于过阻尼工作状态，且在低频部分需要进行最优 PTO 修正的最高频率和在高频部分需要进行修正的最低频率均随着半径和吃水的增大而逐渐减小。
2020 Vol. 39 (11): 38-44 [
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45
参数优化VMD结合1.5维谱的滚动轴承复合故障特征分离方法
>胡爱军，白泽瑞，赵军
针对滚动轴承复合故障分离的问题，基于相关峭度具有突出故障冲击周期性的特点和1.5维谱抑制高斯白噪声、剔除非耦合谐波分量的优点，提出了参数优化VMD结合1.5维谱的滚动轴承复合故障特征分离的方法。首先以轴承不同故障特征频率对应的周期计算得到的最大相关峭度为评价指标，通过相应的相关峭度图来实现VMD中参数选择以及最优分量的选取；然后对最优分量进行包络处理，并为减少冗余成分和噪声干扰，选择1.5维谱来对包络信号做进一步分析，以此来实现滚动轴承复合故障的有效分离。通过对轴承复合故障仿真及实验信号的分析证明了该方法的有效性。
关键词：滚动轴承；复合故障；相关峭度；VMD；1.5维谱
2020 Vol. 39 (11): 45-52 [
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53
基于无迹卡尔曼滤波的动态贝叶斯小波变换在轴承故障诊断中的应用
>赵靖1,2，廖英英2,3，杨绍普1,2，刘永强1,2，顾晓辉1,2
针对工程实际中滚动轴承发生故障的类型具有典型性和故障信号具有冲击性，且振动信号的频率成分因外界环境的影响而变得极其复杂的特点，提出了一种基于负熵和无迹卡尔曼滤波的动态贝叶斯小波变换方法。该方法将SE(Squared Envelope) Infogram方法应用到无迹卡尔曼滤波方法(Unscented Kalman Filter, UKF)中，利用SE Infogram确定滤波器参数初值，即中心频率与带宽的初值，结合UKF对中心频率与带宽进行优化，以最优中心频率与带宽对振动信号进行滤波分析，对滤波后的信号进行包络解调分析，实现轴承微弱故障特征的提取。利用负熵指标代替以往研究所用的峭度指标，可以有效消除或削弱高峰值干扰的影响。最后，通过对仿真信号和轮对轴承试验信号对提出的方法进行了验证。结果表明，该方法能够有效提取强背景噪声下轴承外圈、内圈故障和滚动体故障，验证了该方法对轴承微弱故障诊断的有效性。
2020 Vol. 39 (11): 53-62 [
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63
铝合金薄板的铣削动力响应特性仿真与实验研究
>李广伦1，姜兆亮1，2，赵丽1，陈佳1
铣削加工时铣削力周期性变化，引起的工件动态应力和应变对残余应力及振动有重要影响，明确铣削过程中的动力响应规律可以有效调控残余应力的产生与再分布。以铝合金工件为例，基于ABAQUS仿真软件建立了三维动态铣削仿真模型，获得了不同铣削时刻工件应力场的分布规律，分析了铣削不同位置时工件的动力响应特性。通过铣削实验测量了工件的动态应变和铣削力，并分析了加载频率对动力响应的影响。结果表明：铣削加工边缘时更易出现应力波峰和应力集中现象；不同加载频率下应变的波动频率恒定为267Hz，应变波动的最大范围为40με；工件的动力响应与铣削位置紧密相关。
2020 Vol. 39 (11): 63-68 [
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不同老化状态粘弹夹层结构的模态分析
>瞿金秀1，石长全2，王磊超1，丁锋1，王文娟1
粘弹夹层结构被广泛应用于机械设备的减振、降噪等方面，但在长期储存、运输和使用过程中，粘弹性材料会出现老化现象，致使粘弹夹层结构的服役性能退化，从而影响整个机械设备的性能和使用安全。因此，研究粘弹夹层结构的老化状态识别方法是工程实际的迫切需要。本文设计了粘弹夹层结构的实验装置，通过粘弹性材料的热氧加速老化实验获得了不同老化程度的试样，通过粘弹性材料的力学性能测试试验获得了不同老化程度下的性能指标；采用三维建模—导入—前处理方法建立了粘弹夹层结构的有限元模型，使用输入粘弹性材料不同参数的方式达成了等效模型不同老化状态的目的，完成了不同老化下结构的模态分析，建立了老化状态变化和固有频率变化之间的对应关系；通过脉冲激励实验验证了有限元模型的有效性。研究结果表明，本文建立的粘弹夹层结构的有限元模型能够反映其老化状态特性及其变化，可为其老化状态识别提供理论基础和先验知识。
2020 Vol. 39 (11): 69-75 [
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多人-桥竖向动力相互作用研究
>谢伟平，汤宗恒，何卫
基于弹簧-质量-阻尼行人动力模型及欧拉梁人行桥模型建立人行桥-多人耦合系统相互作用模型。通过实验室一低频型钢混凝土人行桥模型开展多人行走试验，验证了相互作用模型的有效性和适用性。采用状态空间法求解行人过桥时系统的瞬时模态，分析了不同人群密度下人群随机行走对人行桥动力特性的影响。对人群随机行走，还分析了不同人群密度和随机步态参数（步频、上桥时距和起步相位）对结构动力响应的影响。结果表明：考虑人群-人行桥相互作用，随着桥上行人密度的增大，人行桥基频略有降低，阻尼比显著增大;结构响应并不是逐渐递增的，其中考虑步频的随机性对响应均值的影响最大。
2020 Vol. 39 (11): 76-82 [
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单斜面索拱支承曲梁人行桥人致振动控制研究
>罗晓群，张晋，沈昭，张其林，刘沈如
进行了一种单斜面索拱支承曲梁人行桥的人致振动控制研究。在人行桥的初始状态及静动力特性基础上，模拟了随机人群荷载作用下人行桥的振动响应，参数化地研究了调谐质量阻尼器（tuned mass damper，简称TMD）的减振作用，考虑了TMD不同质量比、刚度、阻尼参数以及布置方式的影响。在TMD装置安装前后对人行桥进行实地动力测试，测试了结构减振前后的模态特性以及在单人、多人和人群荷载工况下的振动响应，讨论了TMD装置对该类型人行桥的减振效果。结果表明：减振后结构关键模态阻尼增大为减振前的4.14倍；单人步行和跑动工况下，通过设置TMD，结构加速度峰值下降31.1%~55.9%，加速度均方根下降36.4%~52.0%；多种人群步行工况下，结构竖向加速度峰值最大为0.41m/s2。研究结果表明单斜面索拱支承曲梁人行桥刚度较柔，TMD对控制该类型人行桥结构人致振动具有很好的效果。
2020 Vol. 39 (11): 83-92 [
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93
黏滞阻尼器-基础隔震混合体系优化研究
>陈瑞生1，吴进标2，刘彦辉2，Marco Donà2,3，金建敏2
针对隔震层设置黏滞阻尼器的基础隔震结构，提出了非支配排序遗传算法-Ⅱ（NSGA-Ⅱ）的黏滞阻尼器的参数多目标优化方法。采用Bouc-Wen模型模拟隔震层的力-变形行为，建立受控结构运动方程，并进行非线性时程分析，选用隔震层位移及上部结构顶部相对隔震层位移为优化目标，采用NSGA-Ⅱ遗传算法优化得Pareto最优前沿解集。以某六层基础隔震结构为例进行数值分析，通过分析隔震层振动响应的快速傅里叶变换（FFT）谱及反应谱，以及通过调整优化目标的约束条件及参数的优化范围，利用NSGA-Ⅱ算法获得了较为集中的阻尼器参数分布，然后通过其它地震波验证了黏滞阻尼器的减震效果。结果表明，优化所得阻尼器能有效减少了隔震层的位移；当优化所得阻尼器对上部结构地震响应不利时，可通过降低阻尼器的减震效果使上部结构地震响应控制在合理范围内；不同地震波作用下阻尼器减震效果存在差异，在第一周期范围内，当隔震层的激励频率趋向低频时，阻尼器对隔震层位移控制效果越好；阻尼器减震效果与隔震层可附加阻尼有关，提供过大的附加阻尼比对上部结构较高阶动力反应不利；设计者基于隔震层位移控制的阀值及缩小的阻尼器参数优化范围，可获得应用于实际工程的阻尼器参数。
2020 Vol. 39 (11): 93-100 [
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101
基于G-S-G的混凝土结构裂缝识别及监测方法
>李可心1,王钧1,戚大伟2
为解决复杂约束条件下现代混凝土结构裂缝的精准监测问题，提出基于G-S-G混凝土结构裂缝智能识别及监测方法。将灰度共生矩阵理论（GLCM）和自组织特征映射神经网络(SOM)模型结合，并通过数字图像处理技术（DIP）及数字特征筛选法(DFS)辅助分析，研究提高混凝土结构裂缝识别及监测精度的智能方法；并基于工程实例（柱的偏心受压试验），验证方法的可行性及准确性。结果表明，在有限的样本空间下，基于GLCM-SOM的裂缝识别模型，通过构建的标准特征样本集（角二阶矩（ASM）、熵（ENT）等）排除环境因素及孔洞、凹陷等缺陷的干扰，获得较高的识别精度；基于SOM-GLCM的裂缝监测数据显示，筛选出的相关（COR）和聚类阴影（CLS）损伤特性指标与裂缝的发展情况具有良好的线性关系，可作为裂缝延展趋势的敏感特性指标。提出的G-S-G裂缝检测方法，充分结合GLCM与SOM各自的独特优势，建立起精准识别裂缝损伤的网络模型，并对裂缝的发展趋势进行有效监测。研究有助于实现现代混凝土结构裂缝损伤的高精度智能化健康监测。
2020 Vol. 39 (11): 101-108 [
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109
导弹弹射气体冲击载荷实验与仿真研究
>江晓瑞1,李卓1,钱程远2,黄大辉1
设计一套模拟发射筒内建压过程的装置，使之能够模拟不同建压速度、不同终值压强时的发射筒内建压过程，进而对导弹弹射过程中导弹尾罩和其他结构受到的气体冲击载荷进行地面冷实验。分别对四种不同初始条件下的建压过程进行了实验，并对一种情况进行了数值模拟仿真。结果显示，实验设备通过调节柱塞两侧初始压力差和高压气缸初始压力，可以实现对不同建压速率、不同终值压强的模拟；在建压过程中模拟发射筒内存在明显涡流，尾罩中间部位受压更大，变形时间相较于升压时间存在明显滞后。
2020 Vol. 39 (11): 109-115 [
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116
基于自适应CYCBD和互相关谱的滚动轴承复合故障诊断方法
>朱丹宸1，张永祥1，何伟2，朱群伟1
强背景噪声环境下，复合故障信号中的多特征提取与分离是实现滚动轴承复合故障诊断的重点与难点。针对此，本文提出了基于自适应最大二阶循环平稳盲卷积（CYCBD）和互相关谱的滚动轴承复合故障特征提取方法。首先，基于故障信号特点，通过设置CYCBD中不同的循环频率，提取不同频率的故障冲击成分，并以最大谐波显著性指数（HSI）为依据，自适应选取CYCBD的最优滤波器长度；然后，利用互相关分析进一步抑制信号中的噪声，提高信噪比；最终通过快速傅里叶变换（FFT）实现滚动轴承故障特征的提取。仿真和实测信号的分析结果表明，本文提出的方法能够去除背景噪声的干扰、提取滚动轴承复合故障特征，验证了方法的有效性。
2020 Vol. 39 (11): 116-122 [
摘要
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123
考虑温度影响的软黏土长期动孔压模型研究
>丁修恒1,2,刘干斌1,陈航1,朱瑶宏1,谢琦峰1
以宁波轨道交通④层淤泥质黏土为对象，开展了不同温度、动应力、初始偏应力、围压作用下的动三轴试验，获得了不同试验条件对孔压的影响规律。在此基础上，对现有的孔压-振动次数双曲线模型进行改进，建立了考虑温度影响的动孔压-振动次数模型；其次，利用孔压试验结果对模型进行验证，并给出了不同试验工况下的模型参数；最后，基于动态平衡假设，建立了长期动荷载作用下考虑温度影响的归一化孔压预测模型，模型预测值与试验结果吻合性较好，可以为轨道交通设计和施工提供理论依据。
2020 Vol. 39 (11): 123-128 [
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129
标准动车组用空气弹簧动力学建模与服役性能试验研究
>戚壮1，乔伟超1，陈清化2，叶特2，陈恩利1
空气弹簧作为我国动车组二系悬挂的关键部件，其性能直接影响到乘客的舒适性，甚至影响到行车安全。以我国最新研发的标准动车组上使用的510B型空气弹簧为研究对象，研究其服役前后性能的改变。分别建立了空气弹簧的有限元模型及气动力学模型，并对新空气弹簧和已经服役30万公里以上的510B型空气弹簧进行静态、动态的例行试验。通过对模型仿真数据与试验数据进行对比，结果表明：新空气弹簧模型动、静态的仿真的滞回曲线和试验所得的滞回曲线吻合较好，所建立的510B型空气弹簧模型能够很好的描述空气弹簧的动态特性；通过修改动力学模型的相关参数，能够很好的描述已经服役的空气弹簧的特性；能够初步的揭示510B型空气弹簧在服役后其垂向刚度及阻尼会有一定程度的增加，对研究空气弹簧老化以及其对整车动力学性能的影响具有一定的实际应用价值。
2020 Vol. 39 (11): 129-137 [
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138
基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法适用性研究
>师黎静1，陈盛扬1.2
通过克拉玛依、浙江46个场地的地脉动单点三分向记录和两次地震的强震记录，对比了戈壁荒漠地区地脉动与地震动的H/V谱比，分析了地脉动H/V谱比卓越频率与覆盖层厚度、不同深度等效剪切波速以及特征周期之间的相关性，研究了基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法在戈壁荒漠等覆盖层较薄以及东部沿海等覆盖层较厚地区的适用性，对该方法的高频、低频部分进行修正，扩展了适用频带范围。结果表明，在戈壁砂砾地区，地震动与地脉动H/V谱比的卓越频率具有很高的一致性；基于地脉动单点谱比的场地特征参数测定方法在计算场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期时，对于东部沿海等深厚覆盖层场地会低估，对于戈壁荒漠等浅覆盖层场地会高估；对该方法修正后，适用频带范围扩展到了0.58~12.5Hz，计算的场地覆盖层厚度、覆盖层等效周期与实测值的平均相对误差提高到了22%和27%；在0.58~12.5Hz频带，场地Vs20、Vs30、Ts20、Ts30、Ts与地脉动卓越频率也体现出了明显的相关性，Vs30，Ts30与地脉动卓越频率的相关性要大于Vs20，Ts20。
2020 Vol. 39 (11): 138-145 [
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146
基于NIC-DWT-WOASVM的齿轮箱混合故障诊断
>张鑫1，赵建民1，李海平1，倪祥龙2，孙富成2
由于齿轮箱中振动信号的复杂性和非平稳性，致使齿轮箱混合故障诊断工作具有一定难度。针对这一问题提出基于NIC-DWT-WOASVM的齿轮箱混合故障诊断方法。首先通过窄带干扰消除（Narrow Band Interference Canceller, NIC）滤除原始信号中齿轮啮合和转轴等窄带干扰信号，接着对信号进行离散小波变换（Discrete Wavelet Transform, DWT），重构小波系数得到小波分量，提取分量的方差作为特征参数构成特征矩阵样本。针对传统优化支持向量机收敛速度慢及容易局部最优等问题，提出鲸鱼算法优化的支持向量机（Whale Optimization Algorithm Support Vector Machine, WOASVM），运用训练样本对WOASVM进行训练得到优化分类模型，将测试样本输入到优化模型中得到诊断结果。为验证方法的有效性，开展了变工况下齿轮箱混合故障实验，通过实验分析及与其他方法的比较，证明方法对于齿轮箱混合故障诊断是有效的。
2020 Vol. 39 (11): 146-151 [
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152
基于多项式拟合的细长梁结构振动位移重构方法
>马烨璇,徐万海,徐增伟
细长梁结构易受内外因素的干扰而振动，由此引发的疲劳损伤问题不利于结构安全。实时重构结构的振动位移是健康监测和振动智能控制中的关键环节。目前，模态分析法广泛用于细长梁结构的振动位移重构，但对于边界条件复杂的细长梁结构或结构受较强非线性因素干扰时，采用模态分析法重构结构位移将存在诸多不便。针对此问题，提出了基于多项式拟合的细长梁结构振动位移重构方法，并采用延展结构边界的方式有效规避了多项式拟合经常出现的龙格现象。通过有限元模拟和实验数据的对比，验证了基于多项式的位移重构方法的精确性和可行性。结果表明：基于多项式拟合的位移重构方法适用于细长梁结构线性振动和非线性振动的位移重构；延展结构边界可有效规避多项式拟合出现的龙格现象；延展长度为0.875L-1.125L (L为细长梁结构的长度)，虚拟测点应变的量级小于等于真实测点应变最大值的量级时，重构得到的结构位移精度较高。
2020 Vol. 39 (11): 152-157 [
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158
双向耦合地震作用下含软弱层岩质边坡锚固界面剪切作用
>言志信1，李亚鹏1,2，龙哲1，翟聚云1
为研究地震作用下锚固岩质边坡锚杆-砂浆界面和砂浆-岩体界面上的剪切作用，利用FLAC3D软件构建锚固含软弱层岩质边坡数值模型，对水平向和竖向地震波耦合作用下的全长黏结锚杆锚固边坡两锚固界面上的剪切作用进行了深入研究。研究结果表明：两锚固界面上的剪应力分布很不均匀，界面处于弹性变形阶段时，两峰值剪应力紧邻中性点，随锚固界面脱黏破坏的发展,两峰值剪应力不断地向锚杆两端转移；双向耦合地震波较单向和双向未耦合地震波对锚固界面剪应力影响更为显著。考虑双向地震波耦合作用的锚固边坡抗震设计更为合理。研究结果可为边坡锚固抗震设计提供参考。
2020 Vol. 39 (11): 158-164 [
摘要
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165
考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁1/2次谐波共振响应分析
>王满,马建军,韩书娟
土-结构相互作用系统动力响应的基本特征之一是有限范围内弹性地基与其支承结构共同运动，将土体运动引入系统的动力学方程可体现其对系统动力学特性的影响。基于考虑有限深度土体运动影响的Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程，利用Galerkin法和多尺度法，求得弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应方程和位移的二阶近似解。进而通过数值计算，得到了梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线，研究了地基深度、质量、弹性模量、Winkler参数和阻尼等对弹性地基梁1/2次谐波共振响应的影响。研究结果表明：有限深度土体运动对Winkler地基梁1/2次谐波共振响应影响显著。运动方程中引入土体运动的影响后，梁1/2次谐波共振区间明显减小。随地基深度、质量和弹性模量改变，弹性地基梁1/2次谐波共振的幅频响应曲线偏转程度、共振区间和响应幅值等均发生定量改变。当弹性地基刚度增大到一定程度，Winkler地基参数变化对系统1/2次谐波共振响应的影响明显减弱。阻尼对系统动力响应起抑制作用，当参数η增大到一定值后将不会出现1/2次谐波共振响应的非平凡解。
2020 Vol. 39 (11): 165-170 [
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171
ReliefF与QPSO结合的故障特征选择算法
>薛瑞，赵荣珍
为提高故障数据集的分类精度，将ReliefF算法与量子粒子群算法(QuantumParticle Swarm Optimization，QPSO)进行结合，提出一种能够降低故障数据集维度的敏感故障特征选择方法。首先，在对经滤波消噪后的故障信号进行多域量化特征提取基础上，设定时域与频域特征、经小波包分解得到的各频带能量特征作为描述转子系统故障状态的初始故障特征集，并用转子系统的典型故障模拟信号集合得到了一种原始的故障数据集。随后，用Relief F算法通过迭代计算得到的权值对故障数据集各特征向量进行加权、并设定阈值剔除不相关特征，据此实现了对原始故障数据集各特征的第一次筛选。最后，引入量子粒子群算法(QPSO)对特征集合进行二次筛选，剔除不利于实施分类的冗余特征并同时实现优化支持向量机的参数，通过处理得到了一种精简的最优特征子集和最合适的一组支持向量机参数。用得到的原始故障数据集对所建立的方法性能进行了计算验证。结果表明，本方法可有效地筛选出规模较小且故障模式辨识度高的低维故障数据集，它可显著提高故障分类器的辨识准确率。
2020 Vol. 39 (11): 171-176 [
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177
压膜阻尼对原子力显微镜振动特性的影响研究
>柳世华，魏征，孙岩，刘运鸿
原子力显微镜（Atomic force microscope, AFM）在轻敲模式下工作时，随着探针针尖与样品距离的逐渐减小，空气压膜阻尼的作用随之增大。为研究压膜阻尼对原子力显微镜振动系统的影响，分别使用无针尖探针和微球针尖探针进行扫频实验，并基于振动理论将该过程简化，得到了两种不同的振动模型的系统刚度。在考虑压膜阻尼作用影响后，将微球针尖振动系统模型进一步简化为一维振子模型，并对压膜阻尼的影响进行讨论。实验表明空气压膜阻尼模型对于探针样品在微尺度下的作用过程是准确合理的。该结果对原子力显微镜轻敲模式研究具有重要意义。
2020 Vol. 39 (11): 177-183 [
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184
切削液扰动对BTA深孔加工系统横向振动频率的影响
>赵武1，霍博义1，黄丹2,3，赵建1
为探究切削液扰动下BTA深孔镗削系统横向振动频率的影响，通过建立BTA深孔镗杆系统计及内、外切削液流固耦合及其自由液面效应的横向振动模型，解析系统不同情况下的横向振动的一、二阶频率表达式，并以不同情况下，深孔镗杆内、外切削液的横截面面积及其对深孔镗杆的附加质量来表征对应的自由液面变化，通过计算，明确了BTA深孔镗杆的横向振动频率对切削液流速、轴向力的敏感性及其运动转换趋势。BTA深孔镗杆横向振动频率对轴向力的敏感性规律为：在共振脊区域，在内、外切削液都无自由液面时最大；内、外切削液都有自由液面时最小；在共振翅区域，只内切削液有自由液面时最大，内、外切削液都无自由液面时最小。BTA深孔镗杆横向振动频率对切削液流速的敏感性规律为：在共振脊区域，只内切削液有自由液面时最大，内、外切削液都无自由液面时最小；在共振翅区域，内、外切削液都无自由液面时最大，只内切削液有自由液面时最小。系统在切削液流速、轴向力达到临界等效值时，发生弯曲或屈曲；在静力失稳后，系统将会在更高的切削液流速值以混阶模态形式发生耦合颤振等复杂运动。该研究结果可为BTA深孔镗削加工的生产实践提供一定理论指导。
2020 Vol. 39 (11): 184-192 [
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193
活塞二阶运动对非道路高压共轨柴油机振动及噪声影响分析
>吴礼民1，毕玉华1，吴彪1，雷基林1，申立中1，刘康2
活塞敲击是柴油机主要的振动和噪声源，其主要原因是活塞在其与缸套的间隙中做横向和偏摆的二阶运动，因此研究活塞设计参数对活塞二阶运动的影响，优化活塞动力学特性，对于发动机减振降噪具有重要意义。以某非道路四缸高压共轨柴油机为研究对象，建立活塞动力学计算模型以及整机多体动力学计算模型，通过机体和曲轴的模态试验，验证了有限元模型的准确性；采用正交设计方法，研究了活塞销偏置量、活塞裙部中凸点位置、配缸间隙对活塞动力学、整机振动与噪声的影响。研究结果表明：活塞配缸间隙对活塞敲击能量、活塞敲击力、活塞所受力矩影响最大；对发动机振动噪声敏感性分析显示，活塞销偏置是影响发动机振动与噪声性能的关键因素。
2020 Vol. 39 (11): 193-200 [
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201
基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究
>朱斌1，蒋楠1，2，周传波1，吴廷尧1
确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程，利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型，分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明：实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm•s-1，单元峰值von-Mises应力4.95MPa，压力燃气管道处于安全运行状态；管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速，且两者存在线性关系，由此建立管道爆破振动速度的预测模型；管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧，且随管道内压的增加而增加，内压为零时为最佳运行状态，由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型，为实际爆破工程的安全作业提供指导。
2020 Vol. 39 (11): 201-208 [
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209
张紧器系统对顶张式立管固有频率的影响研究
>吴晨1,2，余建星1,2，余杨1,2，陈柏全1,2,3，徐立新1,2
采用Euler-Bernoulli梁模型建立立管的水平运动控制方程，并应用Galerkin方法化简求得立管的固有频率。考虑平台的升沉运动，对比了本文推导的张紧器详细模型和工程常用的简化模型下立管的固有频率。最后基于本文推导的详细模型，研究了张紧器结构参数对立管固有频率的影响。结果表明：立管固有频率受浮体升沉运动的影响，浮体升沉运动会改变立管的共振特性，引起立管共振点的迁移和转变；采用不同张紧器模型，立管固有频率存在差异，且该差异随着固有频率阶次的增大而增大；立管固有频率受张紧器结构参数的影响，在实际工程中应合理选择张紧器的参数大小，以避免发生参激共振和涡激共振。
2020 Vol. 39 (11): 209-216 [
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217
可液化地基-非规则截面地铁车站地震变形研究
>唐柏赞1,，李小军2,3，陈苏3，倪克闯4，景冰冰2
以上层为五跨和下层为三跨的非规则截面地铁地下车站结构为原型，在可液化场地条件下进行土与地铁地下结构动力相互作用振动台试验。试验提出适用于液化地基-地下结构振动台模型试验的柔性传感链结合水沉法的模型地基制备方法，采用阵列式位移计测试了地基水平变形；分析了孔压发展、消散及空间分布规律，地震动强度与孔压关系，地表震陷与地基变形等。结果表明：饱和砂土振动孔压主要在地震过程中完成累积过程，振动孔压比与地震动Arias强度表现出显著的相关性；强震作用下地下结构存在改变了地基孔压空间分布模式；模型结构地震过程中出现了显著上浮现象，上浮不仅仅发生在孔压累积段，孔压消散段仍存在惯性上浮效应。随着液化区的扩展以及饱和砂土液化程度的增大，变截面地下结构不均匀沉降和倾斜现象显著，地下结构抗浮设计中应考虑截面结构形式差异性。
2020 Vol. 39 (11): 217-225 [
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226
基于二维等效FE-SEA混合方法的复合材料层合板传声损失分析
>王晨，燕群，周红卫，慕琴琴
为研究湍流脉动噪声激励下复合材料层合板的传声特性，首先基于一般层合板理论将复合材料层合板等效为单层各向异性板，进而采用FE-SEA混合方法研究其传声损失。同时开展复合材料层合板传声损失试验，并将FE-SEA结果和统计能量法(SEA)结果以及实验值进行对比分析。研究结果表明：FE-SEA结果和实验值整体上分布趋势一致，而且误差也相对较小，其中3000Hz~10000Hz误差在2dB以内，但由于刚度等效导致2000Hz附近结果误差相对较大。相较于SEA方法， FE-SEA混合方法综合考虑了复合材料层合板边界条件和详细得几何特征，不仅可以准确地计算复合材料层合板的固有特性，而且使得传声损失结果在全频带内与试验值吻合得更好。因此本文建立的二维等效FE-SEA混合模型可以准确预示复合材料层合板在湍流脉动噪声激励下的传声损失。
2020 Vol. 39 (11): 226-231 [
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232
配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响
>李岩，廖眀夫，王四季
为了研究配合关系对弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性的影响，搭建了带弹性环式挤压油膜阻尼器的转子实验系统，设计了两套弹性环组件。通过改变弹性环凸台的配合关系及转子的不平衡质量，实验研究了弹性环式挤压油膜阻尼器的减振特性。实验结果表明：弹性环的内凸台为过盈配合时可能导致阻尼器减振失效，为间隙配合时减振效果更好；外凸台配合关系的变化不会导致阻尼器减振失效；凸台为间隙配合时，弹性环的减振效果及转子的响应与不平衡质量的关系线性度更高。提出了设计与应用弹性环式挤压油膜阻尼器时，应保证内凸台为间隙配合的设计建议。
2020 Vol. 39 (11): 232-238 [
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239
高延性混凝土板抗落石冲击性能试验研究
>寇佳亮1,2,王华丞1
为了研究落石冲击荷载作用下高延性混凝土（HDC）板的抗冲击性能，对纤维掺量为0.5％、1.0％、2.0％的6块HDC板和2块普通钢筋混凝土（RC）板进行14m高度下的落锤冲击试验，对比分析了HDC板和普通钢筋混凝土板抗冲击性能的差异以及不同纤维掺量对HDC板抗冲击性能的影响。采用高速摄像机记录了各试件的试验过程，详细分析了试件的破坏形态，冲击中心最大位移及落锤最大冲击力和冲量。结果表明：在相同的冲击荷载下，普通钢筋混凝土板被击穿，板底喷出大量混凝土碎块，破坏面整齐光滑，裂缝宽且呈十字形，钢筋未屈服，属于局部贯通破坏；HDC板产生数条由中心向四周逐步开展的裂缝，呈放射状分布，板底有少量混凝土碎块剥落，由于HDC与钢筋之间具有很好的粘结能力，钢筋屈服甚至拉断，但是整体裂而不散。落锤直接冲击RC板最小瞬时加速度为933.01g，最大冲击力914.35kN，最大冲击时间0.0218s，大应变率数量级达到1011s-1。反观HDC板落锤直接冲击板的最小瞬时加速度较RC减小28.1％，最大冲击力减小28.1％，最大冲击时间延长0.006s，大应变率数量级减小106s-1。HDC的各项参数对比均明显优于RC。表明HDC板具有良好的抗冲击性能，且纤维体积掺量为1.0％的HDC抗冲击能力最强。
2020 Vol. 39 (11): 239-247 [
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248
流体微振动隔振器的热振耦合特性研究
>王杰1,苟仲秋1,赵寿根2,张永1,张柏楠1,魏传峰1
隔振是一种航天器振动控制的重要方法，隔振器动力学特性的理论研究是隔振设计的重要基础。本文针对一种航天新型粘性流体微振动隔振器，基于非牛顿流体物理属性、隔振器宏观传热特性、运载火箭-卫星轴向振动特性，提出了发射段的隔振器及运载火箭-卫星-隔振器系统的非线性热-振耦合模型。通过自行设计基础激励试验测试平台，对不同环境温度下的流体阻尼系数和体积刚度系数进行测试，并将试验得到的阻尼、刚度数据输入隔振模型中进行仿真分析。研究结果表明，隔振系统具有时变性和非线性，流体粘性热导致共振频率漂移、共振幅值变化，隔振器性能与激励幅值、激励频率相关，需要采用新的“共振带”和“隔振带”的概念进行设计。本文理论模型和研究方法可为隔振器热振耦合特性评估、优化设计及工程应用提供理论依据和参考。
2020 Vol. 39 (11): 248-257 [
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258
基于声发射信号与BP神经网络的煤粉粒径识别研究
>程智海1，刘汇泉1，刘勇2，秦欢1，刘海龙1
煤粉粒径的测量是燃煤电站一项重要的工作。针对目前筛分法存在的缺点，提出了一种结合声发射信号与BP神经网络在线识别煤粉粒径的方法。在频域中对噪声信号与煤粉声发射信号进行比较，确定了信号中反映煤粉粒径的频率区间，并利用小波包置零方法对信号进行去噪，在信噪比与信号平滑度方面比较了几种常用小波函数的去噪效果。通过功率谱分析发现了信号能量随煤粉粒径的变化特征。最后提取信号能量特征，利用BP神经网络对煤粉粒径进行识别。研究结果表明，结合声发射信号与BP神经网络识别煤粉粒径，可以获得良好的效果。
2020 Vol. 39 (11): 258-264 [
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265
高拱坝坝肩接触爆炸毁伤安全评价方法
>赵小华1，2，王高辉2，卢文波2，周创兵2
坝肩稳定是高拱坝结构整体安全运行的基础，尽管高拱坝由于拱形受力特性具有较高的承载能力，但坝肩在遭受爆炸荷载作用后极易发生局部毁伤破坏，从而影响高拱坝结构的整体稳定性。本文着重对高拱坝遭遇水下接触爆炸毁伤后整体的安全稳定评价方法开展了研究，以刚体极限平衡法为基础，针对坝肩的毁伤破坏特征及毁伤面积，提出了拱圈沿右拱端面抗滑安全系数的评价准则，探讨了拱端面的损伤破坏对高拱坝沿拱端面抗滑稳定的影响。结果表明：坝肩接触爆炸主要引起接触部位坝体的压缩破坏和邻近拱端面的剪切损伤，而拱端面的毁伤将直接降低拱圈沿拱端面的抗滑稳定性，并最终导致高拱坝整体沿拱端面滑动失稳。
2020 Vol. 39 (11): 265-272 [
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273
基于DCAE-CNN的自动倾斜器滚动轴承故障诊断
>万齐杨1，熊邦书1，李新民2，孙伟2
针对直升机自动倾斜器滚动轴承工况复杂、噪声干扰大，造成故障诊断效果不佳的问题，提出一种基于深度卷积自编码器(Deep Convolutional AutoEncoder，DCAE)和卷积神经网络(Convolutional Neural Network，CNN)的轴承故障诊断方法。该方法首先采用小波变换方法构造不同状态下振动信号的时频图，然后使用DCAE对时频图进行图像去噪，最后利用CNN对去噪后的时频图进行故障分类。利用课题组和美国凯斯西储大学的滚动轴承故障数据开展诊断实验，并与CNN、堆叠降噪自编码器(Stacked Denoise AutoEncoder，SDAE)两种深度学习方法进行对比，结果表明，本文方法在高噪声环境下具有更高的故障识别率。
2020 Vol. 39 (11): 273-279 [
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280
循环动荷载下泥化夹层累积变形特性研究
>闫长斌1，徐晓1，姜晓迪1，张晓英2，陈书丽2
泥化夹层是诱发岩体工程失稳破坏的重要因素之一。为研究循环动荷载下泥化夹层的累积变形特性，深入分析主要影响因素，在黄河中游某大型水利枢纽工程勘探平硐采取试样，开展了不同工况条件下泥化夹层的动三轴试验研究。在考虑主要黏土矿物成分、黏粒含量、含水率、围压和频率等影响因素的基础上，根据试验成果，探求适合描述泥化夹层累积应变发展规律的理论模型，并基于动应力~应变关系研究了泥化夹层的动弹性模量特征。研究结果表明：（1）泥化夹层的累积应变发展规律具有破坏型特征，不符合稳定型累积应变特征，利用Monismith模型进行描述是合理的；（2）泥化夹层的动应力~应变曲线符合Hardin双曲线模型；（3）泥化夹层的累积应变随含水率、黏粒含量和频率的增大而增大，随围压的增大先减小后增大；（4）泥化夹层的动弹性模量随围压增大单调递增，随循环周次、含水率和频率的增大而单调递减；（5）主要黏土矿物成分为蒙伊混层时，泥化夹层的累积应变最大，动弹性模量随循环周次增加而衰减最快。
2020 Vol. 39 (11): 280-287 [
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288
刚度特性对八连杆隔离器隔振、隔冲性能的影响分析
>高鹏1,2，杜志鹏1,2，张磊1,2，闫明1
为提高惯导设备隔离器的防护能力，设计了一种能够大幅度卸载任意方向冲击载荷的多杆并联隔离器，并选择能以小变形承受大载荷的碟簧作为弹性元件。同时，为分析隔离器的刚度特性及其对隔离器隔振、隔冲性能的影响，进行了准静态压缩实验、振动试验和冲击试验。研究发现，随着隔冲杆中碟簧数量增加，预紧力增大，弹性元件的准零刚度特性渐强，垂向及水平向隔振能力产生不同程度的削弱。在隔冲性能上，当准零刚度特性较为明显时，试验和仿真计算得到的加速度响应峰值更大，但随冲击载荷增加，隔离率趋于稳定。最后得出，当弹性元件具有较弱的准零刚度特性时，有利于保证隔离器在复杂冲击环境下，保持较好隔振、隔冲能力，为多杆并联隔离器的优化设计提供了参考。
2020 Vol. 39 (11): 288-294 [
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