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2020年 39卷 21期
刊出日期：2020-11-15
论文
论文
1
基于广义回归神经网络-柔性最大值分类模型的轴承故障诊断方法
>陈剑1,2，吕伍佯1，庄学凯1，陶善勇1
针对复杂工况下的滚动轴承振动信号，提出一种基于广义回归神经网络-柔性最大值分类模型的故障诊断分类方法，实现故障模式的识别。对滚动轴承振动信号进行变分模态分解，特征提取等预处理得到特征数据集，并将其划分为训练集，验证集和测试集；使用训练集和验证集训练广义回归神经网络-柔性最大值分类模型，同时引入灰狼优化算法优选该模型的关键参数平滑因子得到理想的分类模型；将训练好的模型应用测试集，输出故障识别结果；通过模拟试验采集不同工况下的轴承故障数据，进行方法有效性验证。结果表明该方法能在小样本训练集下实现对不同工况下的轴承故障的有效诊断，是一种适用于实际工况的故障诊断方法。
2020 Vol. 39 (21): 1-8 [
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9
基于均匀设计的模型更新混合模拟试验方法
>陈再现，钟炜彭，李秦鸣
随着混合模拟试验中子结构自由度和数量及其更新参数的增加，混合模拟试验模型更新中用于寻找更优参数的样本点数量及计算量均会明显增加。从试验设计角度出发，提出基于均匀设计的模型更新混合模拟方法。该方法在试验子结构的基础上，利用均匀设计构造一个验算子结构样本空间，以恢复力为目标，从中找出最符合试验子结构的数值模型作为数值结构本构参数更新的来源，有效提升识别效率。考虑钢材不同本构模型及试验子结构边界处弯矩处理情况，以2层单跨钢框架为例进行了四种类型数值模拟分析。模型更新混合模拟试验采用Matlab与OpenSees混合编程，软件数据交互全采用Socket接口，效率比传统文本读写交互得到有效提升。结果表明，该方法适用于不同边界处理情况，极大地降低了模型更新计算时间，且有效提升了混合模拟试验的模拟精度。
2020 Vol. 39 (21): 9-16 [
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17
压缩感知结合卷积网络的天然气管道泄漏孔径识别
>温江涛1，付磊1，孙洁娣2，3，王涛1，张光宇1，张鹏程1
针对传统天然气管道泄漏孔径检测面临的原始数据冗余性大、特征选取主观依赖性强以及复杂环境下识别准确率低等问题，提出了一种将压缩感知与深度卷积神经网络相结合的泄漏孔径识别方法。首先利用随机高斯矩阵对原始泄漏信号进行压缩采集，以较少的压缩感知域数据获取全部泄漏信息；然后构建深度一维卷积神经网络，将压缩采集数据送入网络中实现自适应特征提取及高准确度泄漏孔径识别；还对主要参数的影响进行了深入的分析。实验结果表明，该方法能够快速、准确地实现天然气管道泄漏孔径识别，且在低信噪比环境下具有较好的鲁棒性，总体识别效果优于传统的分类方法。
2020 Vol. 39 (21): 17-23 [
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24
保持架组合引导对滚动轴承减振作用研究
>刘文涛1，张旭1，王守仁1，张云2，王高琦1
保持架是滚动轴承的关键构件，然而当高速滚动轴承保持架的运动采用外圈引导时，保持架和外圈之间的接触碰撞会产生较大的振动。为了减小轴承振动，提出了保持架由外圈和滚动体组合引导的引导方式，设计了实现这种方式的外锁口兜孔结构保持架。该保持架的兜孔结构为：靠近兜孔外侧的部分为球形，且兜孔外端口的直径小于滚珠直径；靠近兜孔内侧的部分为圆柱形，且兜孔内端口的直径大于滚珠直径。建立了外锁口兜孔结构保持架由外圈和滚动体组合引导的力学模型，分别在不同转速、偏移量和接触状态条件下，比较分析了外锁口兜孔结构保持架与直兜孔结构保持架受到的沿其偏移反方向作用力的大小及规律。采用车削方法加工了外锁口兜孔结构保持架，通过试验验证了其减小轴承振动的作用。
2020 Vol. 39 (21): 24-33 [
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34
浮体垂荡激励下深海悬链线立管触地端动力响应及沟槽发展研究
>郑孟添1,2，袁昱超1,2，薛鸿祥1,2，唐文勇1,2
基于Randolph-Quiggin非线性管土作用模型，借助ABAQUS Subroutine功能中的User Defined Element（UEL）拓展模块创建钢悬链线立管触地单元，研究了顶端垂荡激励下立管触地段动力响应特性。通过与模型试验结果比较分析，验证了开发的数值分析模型的合理性，并讨论了其相较传统线性管土作用模型体现出的优势。开展参数敏感性分析，深入探讨了立管顶端垂荡幅值及周期对沟槽形状、立管位移及弯矩响应等的影响效应。
2020 Vol. 39 (21): 34-41 [
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42
船舶舱室空气噪声激励引起水下辐射噪声传递特性试验研究
>武国启， 林劲
实船试验研究了舱室空气噪声激励引起水下辐射噪声传递特性。采用模拟声源激励方式，建立舱室空气噪声激励引起水下辐射噪声实船试验方法。利用单输入/输出模型与传递函数，建立空气噪声至水下辐射噪声传递特性分析方法。通过实船声源激励试验，获取了空气噪声、水下辐射噪声及空气噪声至水下辐射噪声传递函数，分析给出空气噪声激励引起水下辐射噪声特征规律与传递特性，验证了实船传递特性试验与分析方法的可行性及有效性。研究结果表明，舱室空气噪声与水下辐射噪声呈线性关系，其传递关系表现为与频率相关的线性系统特征，50 Hz~5 kHz频段空气噪声至水下辐射噪声传递函数总体变化趋势呈现先增大后减小的特征规律。
2020 Vol. 39 (21): 42-46 [
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47
射流噪声测量中远场测量边界影响研究
>张俊龙1，雷红胜2，赵鲲2，马瑞轩2，李杰1
射流噪声实验是射流噪声产生机理及降噪措施研究的最重要手段之一。为确保射流噪声远场测量数据可信，远场传声器的布置需在远场条件和最终数据的信噪比之间进行合理的选取。通过严格的射流噪声模拟装置，采用精细的声学测量及修正手段，系统的研究了射流噪声不同测量角度及位置、不同射流速度等因素对远场测量结果的影响规律，并对射流噪声频谱随距离的增加而变化的特性进行了机理分析。通过试验确定了射流噪声远场测量时的最小远场边界条件，对于不满足远场边界条件的远场噪声测量，给出了适当的修正的方法。
2020 Vol. 39 (21): 47-54 [
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55
局部成层的海域岛礁场地地震反应分析
>宝鑫1，刘晶波1，王东洋2，李述涛1，王菲1
综合考虑岛礁与海水的动力耦合作用、固、液介质截断边界处的波动辐射效应和地震波动输入问题，建立二维局部成层的岛礁-海水系统地震反应分析模型，通过与陆域水平成层场地和斜坡平台场地的对比研究，分析岛礁场地地震动场的分布规律。结果表明，岛礁场地的地震反应幅值与水平成层场地相比明显放大，其中礁顶中点附近加速度峰值放大系数可达1~1.5，角点附近可达1.5~2。向海坡坡度和礁坪宽度等地形因素及海水的动力耦合作用均对岛礁场地的地震反应有显著影响，采用一维土层和斜坡平台场地地震反应分析难以全面地刻画岛礁场地真实的地震动场分布特征。对于重要的岛礁工程场地，有必要进行可反映其真实力学特征的岛礁-海水耦合动力分析。
2020 Vol. 39 (21): 55-64 [
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65
自然超空泡航行体回转运动数值研究
>王瑞1，刘传龙2，赵三飞2，祁晓斌1
针对超空泡航行体领域亟待明确的航行体机动过程中空泡形态和流体动力特性开展数值模拟研究。基于Logvinovich独立扩张原理建立了离心力作用下的回转运动理论模型和用于求解超空泡航行体回转运动的三维数值计算模型，通过两种计算模型下获得的计算结果进行对比，验证了数值模拟方法的有效性。利用数值模拟方法研究了离心力“拉直”作用对空泡内航行体流体动力特性的影响规律，分析了不同回转角速度下航行体表面压力分布特性。结果表明：随着回转角速度增加，空泡轴线的外移量增大，离心力拉直空泡作用越强烈，将会对回转半径内外两侧空泡的发展的产生较大影响；升力系数和力矩系数呈现“正弦”形态分布，当回转角速度小于1 rad/s时，产生的俯仰力矩对航行体起到“抬头”作用，反之，则产生的俯仰力矩对航行体起到“低头”作用。
2020 Vol. 39 (21): 65-70 [
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71
航天器插装型元器件冲击损伤边界研究
>徐子健1，南宫自军1,2，李炳蔚1，张子骏1，余慕春1，牛智玲1
航天器插装型元器件在严酷的冲击环境下容易发生损伤失效，影响航天电子设备正常工作，甚至造成飞行事故。采用冲击动力学响应分析的方法构造了插装型元器件的冲击损伤边界，并针对航天器常用的插装型元器件——SMA（Sub-Miniature-A）射频同轴连接器开展数值仿真与冲击试验，对插装型元器件的冲击损伤边界进行验证。结果表明，当冲击环境优势频率（Dominant Frequency）低于元器件一阶固有频率时，插装型元器件冲击损伤边界为冲击环境的绝对加速度响应渐近线；当冲击环境优势频率高于元器件一阶固有频率时，插装型元器件冲击损伤边界为冲击环境的相对位移响应渐近线。研究成果可以为基于损伤等效的冲击试验条件等效技术研究与航天器环境适应性设计提供重要基础。
2020 Vol. 39 (21): 71-78 [
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79
线间距对高速列车隧道内交会压力波影响的数值模拟研究
>胡啸1，孔繁冰2，梁永廷2，于淼2，段修平1，梅元贵1
基于三维、非定常、可压缩流动的雷诺平均N-S方程和SST k-ω湍流模型，采用重叠网格技术，研究在250 km/h、350 km/h、400 km/h等速交会下线间距（4.6 m、4.8 m以及5.0 m）对隧道内交会压力波的影响。鉴于交会压力波的危害，从车体压力最值、车体两侧压差、“头尾波”现象三方面来进行阐述。研究结果表明：车体两侧压差时间历程曲线形状和明线交会压力波时间历程曲线形状相似，在通过列车的车头和车尾经过监控点时，压差值分别产生先正后负和先负后正的脉冲波，车尾通过时产生的压差明显比车头经过时低；“头波”幅值大约为“尾波”幅值的两倍；车厢交会侧监控点的最大正压值、最大负压值、最大压力峰峰值、车体两侧压差幅值和“头尾波”幅值均与线间距成负指数关系。
2020 Vol. 39 (21): 79-88 [
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89
基于分数阶热弹性理论的圆形隧洞热弹性耦合动力响应
>闻敏杰1，2，徐金明2，熊厚仁2
基于分数阶热弹性理论，研究了热/力源作用下无限大土体中圆形隧洞的热弹性耦合瞬态动力响应。建立了圆形隧洞内壁面受到随时间变化的热、力冲击作用下周围土体的控制方程，利用Laplace变换得到了土体的无量纲温度增量、径向位移、径向应力和环向应力等的解析表达式。在此基础上，利用Laplace逆变换Crump数值反演法得到了土体在时间域的动力响应。数值分析了分数阶参数对热/力源条件下土体的温度、径向位移、径向应力和环向应力的影响。研究表明：热源作用下分数阶参数对径向位移的影响较小，对温度增量、径向应力和环向应力影响较大。而在热力共同作用下，分数阶参数对土体的温度增量影响显著，而对径向位移、径向应力和环向应力的影响较小。随着剪切模量的增加，位移的峰值逐渐减小.
2020 Vol. 39 (21): 89-94 [
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95
斜向载荷下多胞方管结构的压溃特性研究
>李志超1,康英姿1,甄冉2,李瑞龙2，上官文斌1
建立了计算多胞方管能量吸收特性的有限元模型，利用双胞管的轴向压溃变形试验验证有限元模型的准确性。利用建立的有限元模型，研究了在斜向加载下多胞方管结构的压溃特性，结果表明：在大角度的斜向加载下，多胞方管会发生全局弯曲，导致能量吸收能力的显著下降。提出了分层多胞方管结构，在斜向加载下分层多胞方管结构有较大的能量吸收能力和压溃力效率。此外，在大角度的斜向加载下，分层多胞方管可以避免发生全局弯曲。通过复杂比例评价方法，评价了传统方管、多胞方管和分层多胞方管的斜向综合碰撞性能，确定了分层多胞方管L5具有最优的斜向碰撞性能。
2020 Vol. 39 (21): 95-100 [
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101
高阶车轮多边形对轮轨系统振动影响分析
>杨润芝1,曾京2
高阶车轮多边形会对车辆动力学性能造成恶劣影响，增大轮轨力，引起车辆和轨道系统的剧烈振动，对钢轨及车轮踏面造成疲劳破坏，产生疲劳裂纹及不均匀磨耗等，形成很大的噪声污染。刚柔耦合系统动力学理论，构建车辆-轨道系统刚柔偶合动力学模型，考虑轨道、轮对（含制动盘）、轴承与轴箱的柔性以及刚性构架与车体，分析不同车速、不同多边形阶次及波深对轮对、制动盘、轴箱振动特性的影响，研究了车轴与制动盘之间的振动传递关系。此外还通过添加紧急制动工况，分析制动工况对制动盘横向振动的影响，并对比了不同部位制动盘的振动特性。最后通过试验验证了模型的可靠性。
2020 Vol. 39 (21): 101-110 [
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111
非线性干摩擦系统冲击响应的求解方法
>余慧杰，王文倩，常维
在非线性干摩擦系统动力学模型的基础上，结合金属摩擦片的强几何非线性力学特性，利用分段杜哈梅积分的方法推导了干摩擦隔振器在较大冲击载荷下的加速度响应计算公式，将理论计算结果与摆锤模拟大冲击的试验结果作对比发现，该方法能够较好地反映金属干摩擦隔振器在较大冲击下的运动规律。
2020 Vol. 39 (21): 111-115 [
摘要
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116
基于双稳定层合板的准零刚度隔振系统
>邓泽华，李昊，周徐斌
根据并联负刚度机构来降低系统总体刚度的原理，利用双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性与线性弹簧串联组成新的负刚度机构，提出了一种具有静刚度可调节性的准零刚度(QZS)隔振系统。对提出的准零刚度隔振系统的力学原理进行了说明，利用Hamilton原理推导了系统的静力学与动力学理论模型。采用理论和有限元方法分析了隔振系统的刚度特性，结果显示提出的隔振系统在保证准零刚度特性的基础上，能够通过串、并联线性弹簧的刚度匹配实现不同的静刚度特性。对制备出的原理样机进行了刚度特性和隔振性能验证实验。刚度实验测得的力-位移曲线与仿真结果吻合良好。隔振实验表明，设计出的准零刚度隔振系统能够有效拓宽具有相同正刚度的线性隔振系统的隔振频带。基于实验结果，结合理论模型对隔振性能的影响因素进行了分析和讨论。
2020 Vol. 39 (21): 116-125 [
摘要
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126
基于Blocked force方法的结构振动响应预测
>刘念思1，翁建生1，郑子健2
振动噪声源特性识别一直是汽车开发中的重要任务，针对传统传递路径分析中获取激励的局限性，提出了基于Blocked force方法的传递路径分析方法，可以直接测得等效力代替激励源分析结构振动。对Blocked force方法进行理论推导，验证了理论的准确性。针对电子制动助力器工作激励引起的结构噪声问题进行应用研究，选取前围板振动加速度作为研究对象。结果表明，该方法预测的前围板振动响应和试验测试值吻合，验证了Blocked force方法的工程可行性，为整车开发中电子制动助力器结构噪声优化提供理论依据。
2020 Vol. 39 (21): 126-131 [
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136
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132
利用Fe-Ga合金材料收集振动与发电特性的实验研究
>刘慧芳1,2,赵强1,高爽1,张靖1
随着对无线传感网络、远程健康监测等技术的高需求，振动能量收集得到了显著的发展。设计、研制和实验了一种基于磁致伸缩材料（Fe-Ga合金）的悬臂式新型振动能量收集与发电的装置，通过对环境中的振动能量进行收集进而转换为电能。根据对Fe-Ga合金悬臂梁机械动力学模型分析，建立了系统最大传递效率数学模型，明确了获得最大传递效率的条件;利用李沙育图形法测量确定了系统的前五阶共振频率，通过综合实验明确了振动激励频率和幅值等对系统输出电压的影响规律，提出了通过配装附加质量对系统进行调谐而获得最佳能量转换能力的方法。通过信号接口电路的辅助，样机成功持续点亮了多个LED发光二极管和LED便携电脑键盘灯，进一步验证了样机的可持续发电能力。
2020 Vol. 39 (21): 132-139 [
摘要
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140
一种改进的解卷积算法及其在滚动轴承复合故障诊断中的应用
>齐咏生1，樊佶1，李永亭1，高学金2，刘利强1
针对滚动轴承复合故障振动信号非平稳、非线性特性且不同类型故障之间相互耦合，使得传统方法对复合故障冲击特征难以提取的问题，提出了一种基于自适应信号稀疏共振分解（ARSSD）和多点峭度最优最小熵解卷积修正（MK-MOMEDA）的故障诊断新方法。使用ARSSD分析故障信号，并定义一个新的复合指标作为目标函数，利用布谷鸟寻优算法（CSA）对高、低品质因子进行优化选择，获得包含瞬态冲击成分的最优低共振分量；计算其多点峭度谱，提取低共振分量中包含的故障冲击周期成分；之后设定适当的周期区间，进行解卷积运算分离不同的故障特征；通过包络解调，分析谱图中突出的故障特征频率进而识别故障类型。实验平台模拟了滚动轴承两种和三种故障的复合情况，并对所提算法进行了验证，结果表明该方法可有效的从复合故障中提取出各类故障特征，实现故障诊断。
2020 Vol. 39 (21): 140-150 [
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151
含串联非线性能量汇的整星系统吸振效果研究
>张文勇，牛牧青，陈立群
为了改善卫星在发射阶段的动力学环境，通过在卫星适配器结构中引入非线性能量汇装置，将其与卫星主结构耦合，实现整星系统的振动抑制。对于耦合后的整星等效集中质量模型，考虑了非线性能量汇装置所受重力对非线性弹簧恢复力的影响，并利用四阶龙格库塔法求出整星系统在谐波激励和冲击激励下的振动响应，结果表明考虑重力情况较未考虑重力更加精确，振动响应幅值偏小。为了在不改变原整星系统固有频率的基础上进一步提升非线性能量汇装置的消振效率，采用具有二级串联结构的等质量非线性能量汇装置，并基于靶向能量传递理论对其非线性刚度参数进行优化，分析结果表明引入串联非线性能量汇结构较单级结构在冲击激励下能获得更好的减振效果。
2020 Vol. 39 (21): 151-155 [
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156
双自由度磁悬浮式轨道车辆振动俘能器的研究
>孔令强，袁天辰，杨俭，杨沥
提出了一种双自由度磁悬浮轨道车辆振动俘能器，该俘能器安装于轨道车辆转向架处，与单自由度磁悬浮轨道车辆振动俘能器相比振动能量收集效率得到显著提高。建立了双自由度振动俘能系统的物理以及数学模型，并对其动力学特性进行了分析，运用龙格库塔法计算得到双自由度俘能系统在简谐振动激励和轨道车辆垂向振动激励下的振动特性和输出功率并与单自由度俘能系统进行对比，研究结果表明：双自由度俘能系统共有两个共振峰，拓宽了俘能器的工作频带范围，通过改变尺寸参数可以提升系统针对目标频率的俘能效率；在简谐激励和轨道车辆振动激励下双自由度俘能系统的输出功率是单自由度俘能系统的1.5倍，能够高效俘获轨道车辆的振动能量。
2020 Vol. 39 (21): 156-162 [
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163
基于频域本征正交分解的几何非线性动力学降阶
>陈兵1，龚春林1，仇理宽2，谷良贤1
为提升几何大变形条件下的结构非线性动力学系统的求解效率，研究指定频域段的动力学行为，以悬壁板为对象，利用频域本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition,POD）方法研究几何非线性结构动力学降阶问题。壁板的几何非线性刚度基于协同转动（Co-rotational，CR）方法求解，利用POD方法在指定频域范围内以计算快照生成基向量，通过Galerkin方法实现动力学系统降阶，非线性刚度以增量的形式加入外力项，系统的非线性行为通过广义外力的形式体现。通过对悬壁板的频域POD降阶分析与对比，结果表明：（1）对线性系统，频域POD降阶分析精度高，误差均在1%以内，求解时间远小于全阶系统，其中，1阶POD的求解时间不到全阶系统的50%；（2）对于非线性系统，在正弦和阶跃载荷作用下，一阶POD降阶分析误差小于1.5%，三阶误差小于0.5%，计算时间均少于全阶分析时间的75%；（3）对于多点随机激励下的几何非线性动力学，通过频域降阶，保留前六阶POD基向量，可保证降阶系统的分析误差在0.5%以内，且计算时间仅为全阶系统的79%。
2020 Vol. 39 (21): 163-172 [
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173
基于NFXLMS算法的车内道路噪声主动控制系统
>张立军1,2,张希玉1,2,孟德建1,2
针对车内结构型道路噪声的时变、宽带、随机特性，建立基于归一化参考信号滤波最小均方误差（Normalized Filter-x Least Mean Square，NFXLMS）算法的道路噪声主动控制系统。首先通过理论推导，分别建立了多通道参考信号滤波最小化均方误差（Filter-x Least Mean Square, FXLMS）算法和NFXLMS算法，计算复杂度分析表明NFXLMS算法的计算量增量可以忽略。然后，在Simulink中搭建了两种算法的车内道路噪声主动控制系统离线仿真模型，以破损粗沥青路面采集的车内道路噪声数据进行离线仿真，结果表明基于NFXLMS算法的道路噪声主动控制系统具有更好的鲁棒性和工况适应性。最后，用MicroAutoBox作为实时控制器，搭建了基于NFXLMS算法的车内道路噪声主动控制系统硬件在环试验平台，通过实车道路试验验证了该系统的有效性。
2020 Vol. 39 (21): 173-178 [
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179
冲击荷载下输液管道动响应分析的谱单元方法
>李宝辉，景丽娜,王正中
建立了基于Timoshenko梁的管道轴向流致振动模型，采用谱单元方法分析了管道的动响应。借助离散傅里叶变换，将时域控制方程转换为频域形式，结合有限元法获得了与频率相关的谱单元矩阵，进而发展出分析管道在冲击荷载作用下的动响应计算方法。通过管道固有频率和Timoshenko梁动响应的对比计算，验证了该方法的有效性。最后，采用谱单元法计算了管道在不同流速、不同瞬态荷载作用下的动响应。结果显示，谱单元法并且只需两个单元就可以分析管道的动响应并且具有很高精度。
2020 Vol. 39 (21): 179-185 [
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186
计及铰链间隙的弹射式移栽机构非线性动力学特性分析
>秦浙，钱孟波，龚剑伟，李希斌
旋转式移栽机是当前的研究热点，该类移栽机结构简单、安全可靠，且能同时完成取苗，运苗和栽植的工作。然而目前的研究主要为功能设计，未考虑由于加工误差、设计精度等原因导致的铰链间隙问题。间隙会引起副元素之间的碰撞和振动，使得系统的约束条件，自由度数目和拓扑结构发生变化。因此，在研究移栽机构的动力学特性时，有必要考虑铰链间隙的影响。基于对副元素接触模式的划分，建立了间隙旋转铰接触力求解模型，并用Fortran语言编写了接触力的求解子程序，将其加载到了ADAMS函数求解库中，基于该程序对弹射式移栽机构模型进行了仿真和计算。结果表明，铰链间隙的尺寸不宜过大或过小，否则会导致副元素间剧烈的碰撞和振动。这项工作为提高含间隙移栽机构的控制精度提供了参考。
2020 Vol. 39 (21): 186-194 [
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195
一种基于参数优化变分模态分解的滚动轴承故障特征提取方法
>郑圆，胡建中，贾民平，许飞云，童清俊
变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）已被应用于机械故障诊断领域，惩罚因子对分解结果具有重要的影响，针对实际应用中使用单一惩罚因子分解多振源干扰的信号不能有效提取故障特征的问题，提出一种基于参数优化VMD的滚动轴承故障特征提取方法。根据峭度最大值原则确定分解层数K；通过鲸鱼算法优化选择各模态对应的惩罚因子，实现各模态对应最佳惩罚因子的自适应选择，获得信号的最优模态分解；根据峭度准则筛选分解后的模态分量并进行包络解调，提取轴承故障特征。仿真信号和工程数据的分析结果表明，相对于传统VMD、EEMD和快速谱峭度方法，该方法能够有效提升故障特征提取的敏感性，具有一定的工程应用价值。
2020 Vol. 39 (21): 195-202 [
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203
城市轨道车辆车体复合吸振器建模与仿真
>孙倩，文永蓬，纪忠辉，邹钰
以降低城市轨道车辆的车体刚性振动和弹性振动为目的，利用模态的正交性，将车体等效为均质等截面Eluer梁，建立了考虑车体弹性的车-轨-复合吸振器垂向动力学耦合模型，提出了适用于该模型的复合吸振器的设计方法。针对城市轨道车辆运行工况，通过解析求解出复合吸振器刚度、质量参数和目标频率的函数关系式，遍历复合吸振器两振子质量，从而获得与之匹配的刚度参数。利用建立的车体振动能量的评价指标，对不同参数设计复合吸振器的减振性能进行评价，获得车体振动能量最小时的复合吸振器的参数设计。最后，结合车辆的平稳性指标对复合吸振器的减振效果进行验证。研究结果表明：复合吸振器存在两固有频率，对其进行参数的设计时，应首先保证两固有频率与车体浮沉固有频率和一阶弹性频率相谐调，建立的车体振动能量评价指标可以用于对不同设计的吸振器减振性能进行综合评价。复合吸振器的安装，对车体刚性和弹性振动都有较好的减振效果，有利于车辆的运行品质的提升。为利用复合吸振器以降低车辆垂向振动的研究和应用提供一定的参考价值。
2020 Vol. 39 (21): 203-210 [
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相减策略的实复转换式参数估计算法
>陈鹏,涂亚庆,刘言,李明,牟泽龙
为抑制实信号中负频率成分对参数估计的影响，提高参数估计精度，提出一种相减策略的实复转换式参数估计算法。利用FFT算法对采样信号进行预处理，构造只含有负频率成分的参考信号；采用相减策略将采样信号和参考信号相减以实现实复转换；对生成的复信号进行频谱插值分析，得到频率偏移量估计值；经迭代计算得到精确的频率、幅值和初相位估计值。同时，通过构造参考信号，并根据相减策略和信噪比的定义求解采样信号的信噪比。仿真实验结果表明：所提算法抑制了负频率成分的影响，在不同信噪比、不同频率条件下均具有良好的频率估计精度，频率估计的均方误差更接近于克拉美罗下限，并且具有良好的幅值、初相位和信噪比估计性能。
2020 Vol. 39 (21): 211-216 [
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压电陶瓷复合超声换能器径向振动特性的仿真研究
>张超，董世民，刘天明，张敬祥，贾贺通，柳青扬
区别于已有的换能器等效电路分析方法，基于机械系统振动理论，结合本构方程，分析了换能器的径向振动特性。将压电陶瓷复合超声换能器简化为由压电陶瓷圆管与金属预应力管组成的组合厚壁筒力学模型，建立了由压电陶瓷圆管与金属预应力管径向耦合振动波动方程、组合厚壁筒径向振动连续性条件与边界条件组成的换能器径向振动数学模型。建立了换能器径向振动固有频率方程及振型函数，固有频率计算结果与参考文献实验测量值具有较高的符合率。分别基于解析法与差分法求建立了换能器径向振动的数值仿真模型，给出了换能器径向振动的幅频特性与位移响应。仿真结果表明：两种方法所得幅频特性曲线相同、位移响应相同，验证了仿真结果的正确性。通过仿真分析，给出了换能器结构尺寸对其径向振动固有频率的影响规律：当金属预应力管与压电陶瓷圆管壁厚一定时，换能器径向振动固有频率随压电陶瓷圆管内径的增大而减小；当金属预应力管外径与压电陶瓷圆管内径一定时，换能器径向振动固有频率随压电陶瓷圆管与金属预应力管壁厚比值的增大而减小。
2020 Vol. 39 (21): 217-225 [
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226
振动与接触冲击耦合作用下的齿轮弹流润滑研究
>菅光霄,王优强,于晓,罗恒,李云凯
为探究振动与冲击耦合作用下齿轮的弹流润滑特性，考虑时变啮合刚度对齿轮动力学行为的影响，基于动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型，并在此基础上研究齿轮啮合点处速度差异导致的接触冲击现象，对比分析动载荷与平稳载荷以及接触冲击位置、冲击转速对渐开线直齿轮时变弹流润滑结果的影响。研究表明：与平稳载荷相比，基于动载荷的齿轮弹流润滑研究更能准确反映齿轮的瞬态润滑特性；啮合点处速度差异会导致两轮齿的接触冲击现象，冲击转速和冲击位置对冲击合力有较大影响，并进一步影响齿轮的润滑状况。冲击位置越靠近啮出点，冲击转速越高，齿轮润滑时的“喘振”效果越明显。冲击转速过高或齿轮当量质量过小时会造成齿轮传动过程中“脱啮”。
2020 Vol. 39 (21): 226-232 [
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低频抑振器用于抑制水下薄板振动和声辐射的研究
>王钰杰，陶猛，符磊，赵雪峰
为研究低频抑振器对流体中板结构的减振降噪性能，建立了考虑流固耦合的水下板结构声振仿真模型。通过对比有限元结果与理论解，验证了所采用的有限元仿真方法的可行性。分析了低频抑振器的材料和结构参数对简支板振动声辐射的影响，结果表明：低频抑振器有较宽的抑振频段，具有抑制结构中弯曲波传播的特性；黏弹性材料对低频抑振器减振降噪性能有重要作用，损耗因子增大对低频抑振器效果有利；增大杨氏模量会使结构在高频的振动和声辐射峰值降低，但并非杨氏模量越大整体效果越优；增加质量和低频抑振器高度有利于改善低频抑振器低频时的性能；改变空腔直径会同时改变低频抑振器的质量、刚度和阻尼，选择空腔直径要综合考虑这些参数变化带来的影响。
2020 Vol. 39 (21): 233-240 [
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241
基于NSGA-II的钛合金纵扭超声铣削多目标参数优化
>牛赢，焦锋，赵波，王晓博
针对钛合金等航空难加工材料加工成本高、效率低、质量差等问题，提出了将纵扭超声振动复合到铣削加工中，采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法（NSGA-II）对加工和超声参数进行多目标优化。基于正交试验，分别建立加工残余应力、表面粗糙度、表面硬度、刀具寿命预测模型，并对预测模型进行验证；在此基础上，为获取较大的残余压应力和较高的加工效率，建立多目标优化模型I；为获得较大的残余压应力和表面硬度，建立模型II；为获得较低表面粗糙度和较大的表面残余压应力，建立模型III；为获得较小的表面粗糙度和较高的加工效率，建立模型IV；为获得较低表面粗糙度和较高的刀具使用寿命，建立模型V；为获得较低的表面粗糙度和表面硬度，建立模型VI；通过试验对优化模型和结果进行验证，结果表明，所建立的优化模型能够以较高的精度为不同的工程应用场合提供多种参数优化方案。
2020 Vol. 39 (21): 241-249 [
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250
近场爆炸时斜拉索抗爆性能分析
>沈达佳，胡志坚，李杨
为研究爆炸荷载作用下斜拉桥斜拉索的动力响应，基于爆炸基本理论，开展近爆作用下斜拉索的抗爆性能分析，对斜拉索应力和损伤进行分析，进一步就不同比例距离展开参数化分析。研究结果表明：近场爆炸荷载下，斜拉索不会出现断裂，其破坏形式表现为应力超过屈服应力带来的失效；斜拉索最薄弱的位置是索梁锚固区，该区域斜拉索的应力由于爆炸冲击波的反射大于靠近爆点的斜拉索；给出了保持斜拉索不失效的安全比例距离为0.287 m/kg1/3，可认为大于该临界比例距离时，斜拉索不会发生失效。
2020 Vol. 39 (21): 250-257 [
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地震动功率谱改进模型及其在人工地震动合成中的应用
>丁佳伟1，何浩祥1，闫晓宇2
地震动具有显著的时频非平稳性和随机性，目前表征地震动时频域特征的强度包络函数和功率谱模型的精准性均需要通过统计分析进行验证。针对时域信号峰值直接对齐等方法无法验证强度包络函数统计特征的局限性，提出基于能量持时的地震动强度统计模型建立方法，验证不同场地类型下的传统强度包络统计模型的准确性。通过统计分析确认基于超越概率随机响应的功率谱模型在高频段存在精度不足，进而提出增加高频抑制项进行修正，结果表明修正公式明显改进了精度。针对传统光滑功率谱模型不能充分表征真实地震动的频域非平稳性，提出光滑噪声功率谱模型，实现地震动功率谱的精细化刻画。提出同时满足反应谱与功率谱精度的时频域双控的人工地震动合成方法，并实现精度较高的地震动生成。
2020 Vol. 39 (21): 258-266 [
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267
基于线调频小波积分的时变系统物理参数识别
>张杰，史治宇，赵宗爽
基于短时线性变化假设推导了线调频小波积分计算方法。借助此方法仅利用时变结构的加速度响应信号，就可重构出速度响应和位移响应信号，并在质量参数已知的情况下构造最小二乘算法识别结构的时变刚度和时变阻尼。由于引入了调频斜率参数刻画信号的短时调频特征，该方法相比传统识别方法能更好地追踪快速时变参数且计算效率大大提高。仿真算例中，构造了一个3自由度时变结构模型，针对各种时变情况进行物理参数的识别，验证了方法的正确性、适用性和抗噪声能力。
2020 Vol. 39 (21): 267-273 [
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274
管路防爆阀误动作机理与抑制方法研究
>高雪忠1,3，刘小平1,2，强红宾1,2，张立杰1,2
根据管路防爆阀在工程应用中容易误动作的实际难题，建立了管路防爆阀流量与Amesim仿真模型，从理论上分析了误动作产生的根本原因是系统流量和工作温度对管路防爆阀流量特性的影响，在Amesim软件环境下进行建模仿真，并在某港口设备进行了实验验证。通过调节系统阀件，控制工作温度可以有效避免管路防爆阀误动作，这对管路防爆阀的应用和现场调试提供了参考。
2020 Vol. 39 (21): 274-278 [
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279
45号钢受热损伤的超声非线性检测实验研究
>毛汉颖1，秦国力1，黎庆柱2，易晓旭2，毛汉领2
5号钢是常见的零件制造用材，研究其热损伤的检测对零件失效评估具有重要意义。为研究45号钢受不同程度热损伤的超声非线性效应，模拟制备了不同热损伤程度的试件，采用RITEC公司的RAM-5000系统对试件进行超声非线性检测实验，获得超声非线性系数与受热温度的关系曲线，结合材料金相显微组织的演变规律进行深入分析。结果表明:45号钢的超声非线性系数随其受热温度的升高呈现先增后减再增的趋势，受热温度达到600 ℃时非线性系数开始增大；到800 ℃时非线性系数达到峰值，而后非线性系数大幅减小，这与45号钢在700~800 ℃形成共格应变状态相吻合；在1 300 ℃非线性系数有小幅增大。45号钢非线性系数的变化与金相微观组织变化之间的关联性，为利用超声非线性技术检测45号钢受热损伤及其金相组织变化评估提供了实验依据。
2020 Vol. 39 (21): 279-283 [
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284
车辆段轨道减振措施对上盖建筑减振降噪效果试验研究
>王一干1，刘鹏辉1，李腾2，周政1
通过在北京地铁某车辆段库内第20股道上原位换铺9种轨道结构，对比分析了8种不同轨道减振结构的减振效果以及上盖二次结构噪声的降噪效果，并根据结构振动与结构噪声的测试数据，对照分析了结构振动与二次结构噪声的关系，验证了根据结构振动预测二次结构噪声的预测公式。研究指出：车辆段上盖建筑内由列车通过引起的结构振动和二次结构噪声在频域上具有高度的一致性，同时二次结构噪声可依据楼板的振动速度进行预测；由于计权方式、计算频率等方面的差异，振动减少量和结构噪声的减少量在数值表达上存在差异；实际工程中应根据实际的振动和噪声频谱特性选择合理的轨道减振措施。
2020 Vol. 39 (21): 284-291 [
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