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2020年 39卷 13期
刊出日期：2020-07-15
论文
论文
1
齿轮-轴承系统非线性振动混沌吸引子周期轨道控制
>林何1，屈文宽1，MATTHIAS Rtsch2，王三民3
考虑轴承支撑齿轮传动系统建立了含多间隙的系统非线性动力学模型，模型中考虑了时变啮合刚度和综合传动误差等因素。基于OGY混沌控制改进策略对高维非双曲齿轮系统实施了多周期混沌控制，采用Newton-Raphson迭代法搜寻了P1、P2、P4和P8等多组不稳定周期轨道（UPO, Unstable periodic orbits）不动点，求解了各UPO解对应的Jacobi矩阵特征值和局部参数敏感度矢量，结合Poincaré截面等工具解析了混沌吸引子向P10周期轨道转换时的轨道间隔及迁移特性。在2000周期步下对混沌吸引子实施了P1、P2、P4、P8和P10等多种周期组合式控制，结果表明在状态转换阶段，尤其30周期步内控制参数摄动量发生激增，此后恢复稳定且保持与目标控制轨道相同周期的状态演化；多周期轨道持续控制时周期状态越高，控制难度越大，所需参数摄动量相应增加。研究结果在理论上有助于齿轮系统混沌响应减振控制。
2020 Vol. 39 (13): 1-6 [
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7
基于多源数据融合的掘进机截割岩壁硬度识别方法
>张林锋1,2，田慕琴1,2，宋建成1,2，贺颖1,2，冯君玲1,2,刘西青3
针对煤矿井下掘进机截割岩壁硬度识别难度大的问题，利用其悬臂振动信号、升降油缸和回转油缸压力信号、截割电机电流信号，提出了一种基于多源数据融合的截割岩壁硬度识别方法。该方法首先对各类信号进行小波包分解，单支重构各频带信号并组建时频矩阵，通过奇异值分解得到包含时频信息的若干特征奇异值，以构造特征向量；再利用LDA算法实现数据特征级融合，得到类可分性更好的低维特征。为解决概率神经网络（PNN）平滑参数无法确定和网络结构复杂的问题，提出了基于差分进化算法（DE）和QR分解的PNN优化方法，并通过优化PNN对低维特征进行硬度识别。实验结果表明：本文所提出的特征量提取和模式识别方法是有效的，与目前常用的其它模式识别算法相比，优化PNN在掘进机三种工况下均有更高的硬度识别准确率。
2020 Vol. 39 (13): 7-15 [
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16
基于局部切空间排列和最小二乘支持向量机的气缸压力识别
>常春1,梅检民1，赵慧敏1，沈虹1，李晓辉2
为了提高缸盖振动信号恢复气缸压力的识别精度，提出一种基于局部切空间排列（LTSA）和最小二乘支持向量机（LSSVM）的气缸压力识别方法。首先提取缸盖振动信号时域、频域及小波包能量域特征，组成高维特征集，利用LTSA算法提取高维特征集的低维本征流形特征，然后把降维后的特征参数集作为LSSVM模型输入，缸压信号作为LSSVM模型输出，通过多个样本对LSSVM模型进行训练，从而获得气缸压力的重构模型。试验结果表明：基于局部切空间排列和最小二乘支持向量机的气缸压力识别方法具有精度高、泛化能力强等优点。
2020 Vol. 39 (13): 16-21 [
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22
基于载荷重构的冲击力校准方法
>江文松1，2，罗哉 1，王中宇2，张力3，胡晓峰1，郭斌1
在落锤式冲击力校准系统中，针对非刚体的落锤测量点与撞击点的冲击力不相等会产生测量误差的问题，提出了基于载荷重构的冲击力校准方法。该方法采用r阶累加预测模型对测量响应进行滤波；通过落锤核函数矩阵的正则化，建立测量点与撞击点之间的载荷重构模型，实现冲击力测量误差的补偿。利用本文方法进行冲击力测量实验，实验表明本文方法的峰值相对误差（PRE）为0.6%，相对误差（RE）为3.1%；传统测量方法的PRE为5.7%，RE为6.8%，本文方法的PRE和RE分别比传统测量方法改善89.2%和54.8%。本文方法能有效降低冲击力的测量误差。
2020 Vol. 39 (13): 22-26 [
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27
辛几何模态分解方法及其分解能力研究
>程正阳1,王荣吉1,潘海洋2
针对经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）、集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）、局部特征尺度分解（Local Characteristic scale Decomposition，LCD）等方法的不足，论文提出一种新的分析方法—辛几何模态分解（Symplectic Geometry Mode Decomposition，SGMD）方法，该方法采用辛矩阵相似变换求解Hamilton 矩阵的特征值，并利用其对应的特征向量重构辛几何分量（Symplectic Geometry Component，SGC），从而对复杂信号去噪的同时进行自适应分解，得到若干个SGC。通过仿真信号模型，研究了SGMD方法的分解性能、噪声鲁棒性，分析了分量信号的频率比、幅值比和初相位差对SGMD方法分解能力的影响。将SGMD方法应用于齿轮故障实验数据分析，结果表明SGMD方法能够有效地对待分解信号完成分解并剔除噪声信号。
2020 Vol. 39 (13): 27-35 [
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36
钢-混凝土组合框架子结构动态倒塌性能试验研究
>杨涛1,2,3，赵凯1，彭修宁1,2
为了研究中柱失效后钢-混凝土组合框架结构的动态倒塌性能，对2个1/3缩尺的组合框架子结构试件进行了抽柱试验研究。研究结果表明：当在组合框架梁上分别悬挂30 kN和60 kN的配重时，2个试件在中柱处的最大动态位移至少为振动停止后静态位移的1.34倍；在中柱抽除后，剩余结构仍处于弹性受力阶段且阻尼比较小；采用栓钉抗剪连接件的组合框架梁具有较大的加速度响应和动态位移响应；组合梁中采用开孔板连接件的框架子结构具有较好的整体刚度，其受倒塌荷载动力冲击作用的影响相对较小；随着中柱竖向位移的增加，组合框架倒塌荷载动力增大系数（DIF）呈现两阶段的变化规律。基于试验研究，建立了组合框架倒塌荷载
2020 Vol. 39 (13): 36-42 [
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某水电站地面明钢管自振特性与减振研究
>喻鹏1，石长征1，伍鹤皋1，张宝瑞2，王景涛2
结合某水电站地面明钢管实际工程，采用有限单元法研究了管内脉动压力作用下明钢管斜直段后段采用垫层管形式对钢管振动的影响。结果表明：采用垫层管形式可分散明钢管低频段的各阶自振频率，并使铅直向与上下游方向上具有较高有效模态质量的自振频率得到提高。垫层管形式对低频脉动下明钢管斜直段具有明显的减振效果，但不利于高频脉动下的钢管抗振；在低频脉动压力作用下通过减小垫层管垫层包角到一定值可以进一步提高减振效果。
2020 Vol. 39 (13): 43-48 [
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49
脉动流下两端简支细长圆柱动力学行为分析
>舒亚锋1,2，武建军1，杨永伟2，李佳骏1
在考虑由附加轴向力引起非线性项基础上，建立了轴向脉动流下两端简支圆柱的非线性动力学模型。为了研究该描述系统的动力学特性，进一步讨论关键参数脉动频率对系统动力学行为的影响。从分岔图可以看出系统在一定的频率范围内可能存在混沌，并且通过三个特定脉动频率下的相图、庞加莱映射、功率谱、以及最大Lyapunov指数等统计特征来分析该系统的动力学特性。该研究结果对反应堆中脉动流引起燃料棒流致振动的安全评估具有指导意义。
2020 Vol. 39 (13): 49-56 [
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57
RV减速器振动特性分析
>汪久根，柯梁亮
为了研究RV减速器的振动特性，建立了RV-20E型RV减速器的刚柔耦合动力学虚拟样机模型，利用灰色关联度分析了样机的准确性。之后通过模态分析，分析了RV减速器的整机模态频率、振型等。进一步使用有限元方法对RV减速器进行了瞬态动力学分析，得到了不同工况下的仿真信号，并与试验测得的不同转速、负载下RV减速器的加速度振动信号进行对比，仿真分析结果与试验结果吻合度较高。分析结果表明负载对RV减速器振动的影响较小，而转速对于RV减速器的振动有明显影响。
2020 Vol. 39 (13): 57-63 [
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64
地应力对岩石爆破开裂及爆炸地震波的影响研究
>杨建华，吴泽南，姚池，蒋水华，姜清辉
深部岩体爆破开挖是高地应力和炸药爆炸产生的动应力共同作用的结果。采用SPH-FEM耦合数值模拟方法，研究了地应力场对岩石爆破开裂及开裂区外地震波能量的影响。结果表明：随着地应力水平的提高，岩石爆破破碎区的范围缩小、裂纹扩展速度降低，非静水地应力场中破碎区内裂纹主要沿最大主应力方向扩展，但地应力对爆破粉碎区的形成几乎没有影响；地应力作用下爆破开裂区形态改变影响了爆炸地震波的能量及传播特性，随着地应力的增大，更多的炸药爆炸能转化为地震波能量，产生的高频地震波随距离衰减更快，且小主应力方向上的爆炸地震波能量更大。研究成果可为深部岩体爆破优化设计提供理论参考。
2020 Vol. 39 (13): 64-70 [
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71
平面尺寸对矩形高层建筑极值风压影响的研究
>刘奕1，陈水福1，KOPP Gregory A2
为探索平面尺寸对矩形截面高层建筑表面极值风压分布的影响，对长宽比为1～9的建筑进行了风洞测压试验及后续的脉动风压极值分析，研究了正交风向下不同长宽比建筑各表面极值风压的分布特点，并与我国荷载规范的计算值进行了比较，探讨了全风向角下极值风压包络值在各表面的分布状况及随平面尺寸的变化规律。结果表明，平面尺寸对背风面和侧风面影响较显著，总体而言较小长宽比对极值负压更为不利；我国荷载规范对侧风面和背风面围护结构的风压取值存在诸多偏于不安全的情况。考虑全风向最不利状况的极值风压包络值在墙面分布及随不同平面尺寸变化上均呈现更简单的规律，直接基于包络值分布提出的矩形建筑围护结构风压的取值方法，具有既简便又能更好反映实际风压分布及随平面尺寸变化的特点。
2020 Vol. 39 (13): 71-77 [
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78
基于振动信号分离的行星轴承故障特征提取
>隆勇，郭瑜，伍星，于印鑫
由于行星轴承振动信号传递路径的时变性，且行星齿轮箱中齿轮啮合振动信号较强，导致行星轴承故障特征提取较为困难。为此，提出了一种基于振动信号分离的行星轴承故障特征提取方法。该方法首先采用阶比分析技术将原始振动信号进行等角度采样；每当行星架旋转一周，采用Tukey窗进行加窗截取，按照啮合齿序重新拼接，构造振动分离信号。再采用离散随机分离从振动分离信号中提取行星轴承故障分量；最后进行包络谱分析提取故障特征。行星轴承内圈故障实测信号分析表明，该方法能有效提取行星轴承故障特征。
2020 Vol. 39 (13): 78-83 [
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84
融合状态观测及优化方法的纯侧偏轮胎模型辨识
>邱香1，吴晓建2，周兵3
针对目前轮胎模型辨识大多基于轮胎力、轮胎侧偏角等数据已知或可测假设的局限，提出一种基于车载传感器和整车操稳性试验的魔术公式轮胎纯侧偏模型辨识方法。该方法融合状态观测与优化思想，首先构建无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)状态观测系统对轮胎模型特征参数进行初步估计，而后将参数识别转换为优化问题，由UKF状态观测系统为粒子群优化(Particle Swarm Optimization，PSO)算法提供初值，且将UKF估计结果与魔术公式轮胎纯侧偏模型参数灵敏度分析结果相结合，为PSO算法提供搜索区间，进一步获取更精确辨识结果。Simulink仿真及不同侧向加速度下的Simulink-Carsim联合仿真结果共同表明，车辆侧向加速度达到一定程度使轮胎进入非线性域后，所提出的辨识方法能够获得较准确的辨识效果。
2020 Vol. 39 (13): 84-90 [
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91
单向静压下柱状炮孔端部爆生裂纹的扩展规律
>李清1，徐文龙1，郭洋2，张正1，吕晨1，陶雨1
高地应力对岩层地下工程爆破动态断裂过程有重要影响。采用数字激光动态焦散线测试系统，研究了不同单向静压下柱状炮孔端部爆生裂纹动态断裂行为，明确了柱状炮孔端部爆生裂纹的扩展规律。结果表明：单向静压越大，端部裂纹平均扩展长度越短，但单向静压下端部裂纹尖端积聚能量的快速释放会导致裂纹初始扩展速度提升；裂纹尖端应力强度因子基本随单向静压增加而递减，单向静压越大，应力强度因子随时间下降越剧烈，裂纹的止裂韧度越高，止裂时间越早；单向静压作用下的爆生裂纹在整个扩展阶段基本表现为I型裂纹，无静压作用下爆生裂纹在扩展初期表现为I型裂纹，中后期表现为复合型裂纹。研究结果对认识静压作用下的柱状炮孔端部破坏机理具有一定意义。
2020 Vol. 39 (13): 91-96 [
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97
改进多尺度符号动力学信息熵及其在行星变速箱特征提取中的应用
>丁闯1,冯辅周2,张兵志2,3,吴守军2
针对行星变速箱在运行时产生的非线性非平稳振动，且故障特征信号微弱等问题，提出一种新的特征提取方法——改进多尺度符号动力学信息熵。在传统的符号动力学信息熵原理的基础上，通过改进传统方法的符号化过程，在考虑条件概率情况下计算信息熵，并引入多尺度概念，使得所提特征具有更大优势。最后求解行星变速箱故障模拟试验台采集到的三种状态下的振动信号改进多尺度符号动力学信息熵，并基于提出的特征评价指标对改进多尺度符号动力学信息熵、时频熵、排列熵、样本熵等特征的计算结果进行了对比。结果表明，该方法能够有效的提取行星变速箱运行状态特征，具有更高的敏感度。
2020 Vol. 39 (13): 97-102 [
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103
基于高阶累积量的高精度时延估计算法
>张亚斌1，李胜全1,2,3，朱建军1,2,3，归丽华4，颜康1，白嵩1，赵哲1
针对海洋探测中由于接收信号信噪比低并存在各种噪声干扰导致时延估计精度低的问题，提出一种基于二次相关和高阶累积量的具有多种噪声抑制能力的高精度时延估计新方法——SC-HOCS法。该方法首先对两路接收信号进行自相关和互相关处理，抑制部分高斯噪声，然后利用高阶累积量一维切片法对信号进行处理，抑制相关高斯噪声和非高斯色噪声，通过对接收信号的上述处理提高信噪比，最后结合希尔伯特变换对相关峰进行锐化处理，进一步提高时延估计精度。与广义相关法、二次相关法及高阶累积量一维切片法相比，该方法能很好地抑制相关噪声并且能在更低的信噪比下获得较好的时延估计精度，同时该算法计算量较小，可满足对数据实时处理的需求。计算机仿真和水池实验验证了该方法的有效性。该方法为海洋探测中低信噪比信号的高精度时延估计提供一种新的技术途径。
2020 Vol. 39 (13): 103-109 [
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110
胀板区段的高低不平顺时频特征及其评估方法
>张力文1,李再帏1,何越磊1,徐伟昌2,路宏遥1
高速铁路无砟轨道的胀板病害是轨道服役性能劣化的最主要表现之一。利用轨检数据，分析了高低不平顺的时域波形与频率分布特征，得到了胀板病害的6.45 m高低不平顺波长特征。基于小波理论，采用离散小波的Mallat算法提取6.45 m所在高低不平顺波长区间的样本特征数据。给出了胀板指数计算方法，建立了高速铁路无砟轨道胀板病害的检测方法。通过算例对文中所提算法的适用性和准确性进行验证。结果表明：由结构性胀板引起的高低不平顺具有明显的温度效应；利用该病害检测算法计算结果与现场病害资料对比，准确率达到80%以上，可有效地实现无砟轨道胀板病害的定位与检测，为我国高速铁路无砟轨道养护维修提供一定的技术支持。
2020 Vol. 39 (13): 110-115 [
摘要
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116
高通滤波对近场脉冲型地震动位移反应谱的影响
>蒲武川，薛耀辉，张孟成
长周期速度脉冲是近场脉冲型地震动的最重要特征之一，高通滤波会改变低频脉冲成分与其他频率成分的相对大小，进而影响地震动的反应谱形状。选取了一组近场脉冲型地震动，根据脉冲频率fp定义相对截止频率，考察高通滤波对弹性位移反应谱衰减的影响规律。通过数值分析比较了因果性滤波和非因果性滤波的区别，分析了相对截止频率对最低可用频率、脉冲属性判定和高阻尼比反应谱的影响。分析结果表明：相对截止频率越高，截止频率与最低可用频率的比例系数越小；当截止频率取0.4fp时，该比例系数与一般远场地震动结果相近；截止频率小于0.4fp时，脉冲属性和脉冲周期无显著变化。在长周期区段内，相对截止频率小于等于0.4fp时，阻尼比的影响可以忽略；相对截止频率大于0.4fp时，应考虑阻尼比的影响。
2020 Vol. 39 (13): 116-124 [
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125
水平地震激励下卧式储罐考虑储液晃动的简化力学模型
>吕远1,孙建刚2,孙宗光1，崔利富2，王振2
立足于卧式储罐抗震设计，从横向与纵向两个地震动激励方向推导了卧式储罐抗震设计的简化力学模型。首先采用速度势刚性理论，根据边界条件推导出合理的势函数，并将半解析半数值的数学模型参数化，拟合得出简单的参数公式，并根据基底剪力及倾覆弯矩表达式构建了便于工程应用的卧式储罐考虑储液晃动简化动力学模型。其次采用微分原理推导了卧式储罐在轴向地震动作用时的简化力学模型，利用等效原则进一步简化了简化力学模型的计算过程。最后选取工程实例，进行了理论数学模型与有限元数值仿真模拟计算结果的对比分析，有限元解与数值解最大差异率未超过15%，由此进一步佐证了所构建的简化力学模型的可靠性。
2020 Vol. 39 (13): 125-133 [
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134
可调湿发泡缓冲包装材料的制备及性能研究
>卓丽菊1,鄂玉萍2,王家俊2,许广禹1，孙俊军3，王军4
利用微波发泡法制备一种新型的功能性发泡缓冲包装材料，采用热场发射扫描电子显微镜及微机控制电子万能试验机对发泡淀粉基调湿材料的表观形貌及力学性能进行测试，探讨了淀粉含量、丙烯酸-丙烯酸钠混合溶液与丙烯酰胺质量比、丙烯酸中和度及初始水含量对发泡淀粉基调湿材料性能的影响。结果表明：当淀粉含量为10.5% wt、丙烯酸-丙烯酸钠混合溶液与丙烯酰胺质量比为4.5∶1、丙烯酸中和度为80%、初始水含量为10 g时，发泡淀粉基调湿材料的平台应力和缓冲系数分别达到0.363 MPa和3.618，单位体积吸收的能量为0.326 J/cm；发泡淀粉基调湿材料的吸/放湿率随淀粉含量的增加而降低，随丙烯酸-丙烯酸钠混合溶液与丙烯酰胺质量比、丙烯酸中和度及初始水含量的增加而增加。
2020 Vol. 39 (13): 134-140 [
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141
重型汽车主动悬架次优控制策略设计与分析
>李金辉1,2，张柯柯2，徐立友1
为合理设计汽车主动悬架次优控制策略、探讨不同次优控制策略对重型汽车行驶性能的影响，建立了四自由度汽车-路面系统动力学模型，采用改进模糊层次分析法进行性能指标赋权，设计了主动悬架的次优控制器，以车身质心加速度和道路破坏系数的线性加权和为指标，对不同次优控制策略进行评价优选，在时频域范围内对比分析了被动、最优和次优控制悬架的行驶性能差异。结果表明，不同次优控制策略对汽车行驶平顺性和道路友好性的影响差异明显，综合考虑状态变量可测性及测试成本，对车身和车轴加速度测量、并进行一次积分处理的次优控制策略性能最优；合理设计的次优控制悬架性能与最优控制相当或接近，且优于被动悬架，具有更好的实用性。
2020 Vol. 39 (13): 141-147 [
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148
车辆半主动悬架阻尼多模式切换控制研究
>陈龙1，马瑞1，王寿静2，黄晨1，孙晓强1，崔晓利3
为提高车辆行驶平顺性，提出了一种基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架及其控制方法。相较于传统阻尼可调减振器，该新型减振器通过控制两个高速开关电磁阀的通断状态即可实现四种不同的阻尼工作模式，从而使得车辆半主动悬架的阻尼控制更加高效和节能。分析了阻尼多模式切换减振器的基本原理，建立了减振器阻尼特性数学模型。结合车辆悬架系统的阻尼比范围，确定了减振器关键部件参数，并通过仿真获取了四种阻尼工作模式下的减振器复原阻尼系数和压缩阻尼系数。在此基础上，进一步建立了车辆半主动悬架数学模型，采用模糊控制逻辑设计了悬架阻尼多模式切换控制策略。仿真结果表明，相较于传统被动悬架和基于天棚控制的半主动悬架，基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架可以进一步改善车辆行驶平顺性。
2020 Vol. 39 (13): 148-155 [
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156
计及非齐次边界条件的面内变速运动黏弹性板的稳态响应
>张登博1，陈立群1,2
研究非齐次边界条件和1∶3内共振下面内平动黏弹性板的横向非线性1∶2主参数振动的稳态响应。考虑黏弹性对边界条件的影响，建立了面内平动板的偏微分运动方程和相应的非齐次边界条件。采用直接多尺度法建立了次谐波参数共振时的可解性条件，并根据Routh-Hurvitz判据判别了系统幅频响应的稳定性。讨论了速度扰动幅值和黏弹性系数对幅频响应的影响，对比了齐次和非齐次边界条件下稳态响应的差异。最后，引入微分求积法验证直接多尺度法的近似解析结果。
2020 Vol. 39 (13): 156-162 [
摘要
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163
弹性支撑微颗粒阻尼的时效性研究
>杜妍辰，孙隐
弹性支撑微颗粒阻尼器具有双层减振结构，外部为弹簧支撑，内部为微颗粒碰撞阻尼，将弹性变形与微颗粒碰撞耗能有效结合。对弹性支撑微颗粒阻尼器进行了持续50 h的正弦激励实验，实验结果表明弹性支撑微颗粒阻尼器能稳定消耗系统至少80%的能量。通过与单体碰撞阻尼，颗粒阻尼和弹性阻尼的实验比较揭示了弹性支撑微颗粒阻尼器的减振机理：内部微颗粒塑形变形,自由质量与阻尼器腔体的动量交换和外部弹簧吸振的共同作用，弹性支撑微颗粒阻尼器的外部弹簧能够消耗系统约50%的能量，使弹性支撑微颗粒阻尼器得阻尼效果随时间不断强化。根据上述减振机理，建立了弹性支撑微颗粒阻尼器的动力学模型，理论计算结果与实验结果进行比较，验证所建模型的正确性。运用该动力学模型对弹性支撑微颗粒阻尼器进行了优化，得到了该阻尼器的最优结构参数。
2020 Vol. 39 (13): 163-169 [
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170
混沌同步控制策略构造方法研究
>左兆伦,俞翔
水下辐射噪声中的低频线谱是影响潜艇声隐身性能的主要因素，线谱混沌化控制技术通过处于混沌状态的非线性隔振系统将低频线谱转换为宽频混沌谱，可以实现频谱重构并降低线谱强度。前期研究表明，利用广义混沌同步方法可以实现变工况下隔振系统的持续混沌化，在某些情况下还能显著减小振幅，为线谱混沌化控制理论提供了新思路。然而，目前要利用广义混沌同步产生小振幅的持续混沌运动，只能通过“试错”来选择合适的混沌同步控制策略，还没有形成系统的方法。为此，提出了一种混沌同步控制策略构造方法。结合耦合Duffing隔振系统对该构造方法进行验证和说明，并将该方法应用于两自由度非线性隔振系统。
2020 Vol. 39 (13): 170-175 [
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176
冲击荷载作用下岩石破碎分形特征
>纪杰杰 1,2，李洪涛 1,2，吴发名 3，姚强 1,2
为探究冲击荷载作用下岩石破碎分形特征，选取花岗岩和砂岩开展分离式霍普金森压杆（SHPB）岩石动力学试验，得到了不同应变率下岩石的应力-应变曲线、破碎特性、强度参数和能量参数；利用标准筛对破碎后的岩块进行筛分，获取了岩石破碎块度分布曲线，并基于碎块粒径分布的质量分形模型计算出分形维数D；最后分析了分形维数与加载参数、破碎特性和耗能特性之间的关系。结果表明，岩石在冲击荷载作用下的破碎块度分布符合分形规律；动态抗压强度随应变率增大而增大，两者满足乘幂函数关系；加载过程中岩石应变率越大，岩石破碎程度越深，分形维数越大；分形维数与岩石破碎耗能密度之间满足乘幂函数关系。采用分形维数可实现对岩石在冲击荷载作用下的破碎特性、力学特性和破碎耗能特性的定量研究。
2020 Vol. 39 (13): 176-183 [
摘要
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184
有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析
>薛建阳，许丹，郭锐
通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验，研究了穿斗式木结构的抗震性能，并对比分析了两模型结构的动力特性，及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明：两模型X向加速度动力放大系数在0.63~1.2，Y向加速度动力放大系数在0.51~0.97，说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大，扭转效应明显；设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大，结构自振频率增大，同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏，且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。
2020 Vol. 39 (13): 184-192 [
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193
基于EMD的单自由度体系地震瞬态与稳态反应计算与分析
>项洪1,3，吴琛2,3，杨超2,3，陈柯丹2,3
结构的地震响应通常无法区分瞬态反应和稳态反应。通过经验模态分解将地震动分解成若干个固有模态函数，基于固有模态函数的半波简谐特性和谐波理论，提出半波拟简谐分析法，实现地震作用下结构瞬态与稳态反应的剥离。对不同类型地震作用下的长周期和短周期结构的瞬态反应、稳态反应以及对应的反应谱进行分析，研究结果表明：在地震作用等宽频带信号作用下，瞬态与稳态反应表现出异于单一分量信号的特征。不论长短周期结构、不论何种地震类型，其瞬态反应和稳态反应都在位移总响应中发挥重要作用，且二者互相制约，忽略两者中的一种反应成分，均将高估了总反应，使得在结构设计时偏保守，不经济。
2020 Vol. 39 (13): 193-197 [
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198
基于宽频-多模态的复合俘能器的解析模型与实验研究
>陈兵1，石雨桐1，张利杰1,2
为提高单频压电振动俘能器的能量转换效率和工作频带，结合压电和电磁能量转换机制，提出了一种新的混合俘能器系统。该系统由PZT悬臂梁、弹性悬挂磁铁块、粘附于悬臂梁末端磁铁块及谐振器等组成，引入谐振器及磁铁可实现增加系统模态数量和非线性。基于此混合振动俘能器建立了改进型连续体机电耦合解析模型，并由龙格-库塔算法进行了求解。在此基础上，研制了振动俘能器原理样机，并搭建了实验系统，通过实验和解析评估方法完成了单一式和复合式俘能器性能比对和评估；研究表明，所研究的混合型振动俘能器相对常规振动能量俘集原理可实现较宽的频率范围及多模态振动能量俘集，且能量俘集效率明显提高，具有较好的应用前景。
2020 Vol. 39 (13): 198-206 [
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207
耦合吸振器的正负刚度并联系统的隔振性能研究
>刘彦琦1，徐龙龙2，顾黄森2,嵇雯2，宋春芳2
基于动力吸振原理，设计了耦合线性吸振器的正负刚度并联隔振系统。建立了系统的动力学方程，运用平均法进行解析求解，推导了动态响应频域解析解和传递率表达式，数值分析了吸振器的质量、刚度和阻尼对耦合系统隔振性能的影响规律，并与正负刚度并联系统进行了比较。结果表明，选择合适参数的吸振器，可在保有正负刚度并联系统的优良隔振性能的基础上，降低一定频域内被隔振体的振幅，减小系统起始隔振频率，扩大隔振频带宽，改善低频隔振效果。
2020 Vol. 39 (13): 207-214 [
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215
在波浪作用下悬挂点Z向运动及刚体摆动对SCR位移影响分析
>朱擘1，黄维平1，姚兴隆1，刘娟2
针对钢悬链式立管刚体摆动对横流向响应影响开展研究。在大挠度细长梁模型、波浪荷载、顶部运动及刚体摆动模型基础上，采用有限元方法求解结构响应。采用李萨如图形实现结构计算校核。计算表明运动响应从顶部悬挂点的YZ平面较窄幅度的振荡逐渐向底部触地点的ZX平面较宽幅度的八字形振荡发展。总体而言，随着水深增加，响应减小。顶部区域位移响应降低幅度较为剧烈。底部区域位移降低幅度较弱。刚体摆动响应表现为幅值的增大、减小甚至抵消，与矢径s线性相关。总之，刚体摆动对结构位移响应影响可通过一定的安全系数进行计算处理。希望上述研究对钢悬链式立管横流向计算提供一些合理建议。
2020 Vol. 39 (13): 215-223 [
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224
基于灰色关联度和Teager能量算子的轴承早期故障诊断
>杨超，杨晓霞
滚动轴承的健康状态直接影响着旋转设备的运行状态，为了及早获取滚动轴承状态异常的信息，提出了基于灰色关联度和Teager能量算子(TEO)的滚动轴承早期故障的诊断方法。对滚动轴承运转的振动数据进行等长度分组，计算各组数据与轴承状态良好的第一组数据之间的灰色关联度，根据灰色关联度值的变化趋势，确定早期故障发生的时间段，截取该时段的振动数据进行Teager能量包络谱分析，确定故障类型。分别采用峭度系数、波形因子和均方根等指标与TEO相结合的方法对相同的轴承振动信号进行了分析和故障诊断，将各种方法的早期故障诊断结果与所提方法比较，结果验证了“灰色关联度+TEO”方法在轴承早期故障诊断中的可行性及有效性。
2020 Vol. 39 (13): 224-229 [
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230
风浪不共线对浮式风机基础动态特性影响研究
>李修赫，朱才朝，谭建军，樊志鑫，倪高翔
旨在研究风载方向和波浪方向不共线对浮式风机基础动态特性影响。以5 MW浮式风机为研究对象，采用等效载荷法模拟空气动力载荷，建立浮式风机系统耦合动力学模型，研究风浪呈0°、30°、60°和90°夹角工况时，浮式风机基础动态特性变化。结果表明：风浪不共线对浮式平台纵荡和横荡运动平衡位置影响很大，对垂荡运动响应影响很小。随着风浪夹角增大，横摇和艏摇运动振荡范围增大，纵摇运动振荡范围减小。风浪不共线使得系泊系统张力响应变化明显，张力变化趋势与平台运动及系泊布置有关。
2020 Vol. 39 (13): 230-237 [
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238
多层立体汽车客运站车致振动实测研究
>谢伟平1，张辉1，何卫2
随着城市化的加速，多层立体客运站已经渐渐成为汽车客运站的主要形式。多层立体客运站拥有寻求向空间发展、多层同时发车、功能层层叠加的等优点，但停车场和发车点设置在客运站内部的楼板上会带来一系列的振动问题。考虑了不同速度、不同车型、不同行驶方式等因素的影响，基于振动实测数据测量分析楼板的动力响应、频谱特性及其影响因素，并对客运站内的功能区进行振动测试和舒适度评价。研究结果表明：车速是整个客运站振动超标的主要原因，而轴重在小幅度增加的情况下振动响应影响不大；刹车（急刹或缓刹）和转弯等情况下的行车方式会导致速度的减小，从而导致竖向振动的减小；当车辆通过办公区域正下方时，办公区域内舒适度会出现超过限值的情况，建议在客运站内部车辆的行驶速度要低于一定的阈值。最后，客运车辆导致的楼板垂车向、顺车向振动存在量级上的差异，因此综合交通枢纽车站的振动舒适度问题可以主要关注竖向振动。
2020 Vol. 39 (13): 238-245 [
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246
基于二次聚类分割与Teager能量谱的滚动轴承微弱故障特征提取
>王望望1，邓林峰1，2，赵荣珍1，张爱华2
如何从含噪振动信号中准确提取微弱周期性故障特征是辨识滚动轴承局部故障的关键。针对此问题，提出一种基于二次聚类分割与Teager能量谱的滚动轴承微弱故障特征提取方法。首先通过傅里叶变换得到故障信号的频谱并利用模糊C均值算法对其进行聚类分割；然后对每个频段进行傅里叶逆变换并计算不同频段时域信号的峭度，选取峭度最大频段对应的时域信号作为初次滤波信号，对该信号进行第二次聚类分割及傅里叶逆变换，选取最大峭度对应的频段作为通带过滤信号，进一步消除噪声和自然周期性成分的影响；最后采用Teager能量算子对得到的时域故障信号进行解调分析，以获取滚动轴承微弱故障特征频率。仿真分析和实验验证结果表明，该方法能准确有效地提取出滚动轴承微弱故障特征。
2020 Vol. 39 (13): 246-253 [
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254
分散式自适应主动隔振控制算法研究
>高伟鹏1，贺国1，杨理华2，刘树勇1
针对主动隔振中次级通道耦合会影响传统FXLMS算法稳定性问题，提出一种分散式解耦优化控制算法。主要是更新控制滤波器系数时忽略作动器与非临近传感器间的耦合，将多通道控制系统简化为多个并联的单通道控制系统，能降低算法运算量。但在一定程度上也会降低系统的收敛速度，为此，在辨识矩阵的估计模型中引入了作动器与非临近传感器之间的反馈补偿因子。仿真和试验结果表明，该算法可有效降低运算量，提高收敛速度和控制精度，双频线谱激励控制效果显著，振动衰减分别可达24.5 dB和12.4 dB。
2020 Vol. 39 (13): 254-259 [
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260
不对称跨度下钢框架组合梁柱子结构抗倒塌能力分析
>钟炜辉1,2，谭政1，宋晓燕1，孟宝1
基于备用荷载路径法，在充分考虑楼板组合效应的基础上，以不等跨组合梁柱子结构为研究对象，提出了双跨组合梁在集中荷载作用下的显式简化模型，详细推导了其在连续倒塌过程中5个不同性态阶段（弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段及悬链线阶段）的承载力-位移相关计算公式，重点分析了组合梁柱子结构的抗连续倒塌机制。通过ABAQUS建立了相关数值分析模型，对理论公式进行了针对跨度比差异的数值模拟对比，结果表明理论公式对不对称跨度组合梁柱子结构连续倒塌分析具有良好的通用性和较高的计算精度。
2020 Vol. 39 (13): 260-266 [
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267
基于离散单元法和物理引擎的结构连续倒塌可视化模拟
>王希，王宪杰，董艳秋，龙诗琪，杨思昭，周潇凡
目前强离散性、大位移、大变形的倒塌全过程求解是结构计算分析的瓶颈，而离散单元法以理论力学为基础，基于刚体运动学和动力学方程，可有效实现结构全过程倒塌可视化模拟。运用Blender平台实现建筑结构的三维可视化建模及倒塌场景的可视化渲染；BCB（Bullet Constraints Builder）完成结构梁板柱构件的离散及刚体间约束的建立；物理引擎计算刚体间碰撞过程并“实时”更新刚体运动轨迹，三者协同作用实现倒塌全过程可视化模拟。模拟结果表明：所用方法适用于结构大变形模拟，可实现结构从弹性、弹塑性直至倒塌破坏的全过程可视化模拟，后续研究可为结构连续倒塌破坏机理的分析及人员逃生路径和搜救人员营救路线的选择提供科学指导。
2020 Vol. 39 (13): 267-275 [
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