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2021年 40卷 5期
刊出日期：2021-03-15
论文
论文
1
基于谱元法的车辆-轨道结构频域振动特性研究
>吴神花,雷晓燕
基于谱元法建立车辆-轨道结构频域振动模型，其中轨道结构模拟为三层铁木辛柯梁，车辆部分考虑为整车模型，运用lagrange方程实现车辆与轨道结构的耦合，并采用虚拟激励法将轨道不平顺模拟为虚拟荷载，通过求解车辆-轨道整体结构的谱元法方程，得到车辆-轨道结构在频域内的振动响应。结果表明：钢轨、轨道板和底座板的第一、二、四阶振动峰值分别由车体、转向架、车轮自振引起，其他振动峰值由轨道结构系统自振引起；钢轨、轨道板和底座板的振动能量分布在较宽的频率范围；在离开车辆一侧且距离端轮对2.5m处，1-800Hz内钢轨振动迅速衰减；大于800Hz钢轨振动衰减缓慢；在距离端轮对18m处，25Hz-1171Hz内钢轨振动衰减基本稳定；在距离端轮对20.5m处，小于25Hz时，钢轨振动随着离开端轮对距离的增加迅速衰减，大于1171Hz时钢轨振动则衰减较小。
2021 Vol. 40 (5): 1-7 [
摘要
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8
钢框架结构在坠落块体撞击作用下的动力效应分析
>乔惠云1,2，罗才松1,2，马永超1,2，陈誉3
局部构件失效导致钢框架结构的传力路径发生变化，除了影响正上方结构的受力性能，还可能使下层结构受到局部块体掉落冲击影响。下层结构能够抵抗撞击荷载，是框架结构抵抗连续倒塌的重要研究内容。下层框架梁碰撞的动力特性对研究其抗倒塌能力至关重要，其中最大位移和撞击力变化是关键的动力特性。首先考虑完全塑性撞击和完全刚性撞击两种极端情况，依据动量守恒和能量守恒，并结合框架梁的变形能函数，确定梁在块体撞击后最大位移的上限值和下限值，然后采用已有落锤撞击试验验证最大位移理论分析的准确性。研究表明：坠块速度较小时，碰撞接近于完全刚性撞击，速度较大时，碰撞接近于完全塑性撞击。坠块撞击点接近于跨中时，理论模型与有限元模型接近，撞击点位于约束端时，完全刚性理论计算值比模拟值偏大。
2021 Vol. 40 (5): 8-15 [
摘要
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16
基于模型试验的船-冰碰撞载荷空间分布演变历程研究
>孙剑桥1,2，黄焱1,3
针对船-冰碰撞载荷空间分布的演变历程，通过一系列的冰水池模型试验，分别从“整体”与“局部”的角度，对船-冰碰撞载荷沿船体表面的空间移动轨迹，及局部冰压力空间分布形态随时间的变化过程进行了研究。结果表明，船-冰碰撞过程中的冰载荷沿船体外板的整体作用呈现出近抛物线的轨迹；同时，冰压力的局部空间分布也呈现出与冰载荷时程曲线中“峰-谷”循环波动特征相对应的“单-双”高压力区周期性的动态演变过程，极端冰载荷只存在于“单高压力区”型的局部空间分布形态下。基于多个载荷板对船-冰接触轨迹进行覆盖的理念，提出一种移动冰载荷的构建方法。相邻载荷板之间的载荷时程存在重叠以更好地模拟载荷的空间“移动”，而各载荷板上的非均布冰压力则通过高斯函数进行拟合。
2021 Vol. 40 (5): 16-23 [
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24
多因素耦合影响下隧道电子雷管爆破参数的计算与实践
>刘翔宇，龚敏，吴昊骏，安迪
基于电子雷管起爆的参数计算方法是爆破控制精准化和智能化的基础，其研究尚处于起步阶段。以重庆观音桥隧道为研究背景，提出了精确确定电子雷管爆破参数的多因素耦合法，其特点是基于多个爆破参数间复杂的耦合关系进行爆破参数设计。研究表明：不同药量的最优微差时间不同，爆破孔数对最优微差时间及对应最大合成振速有显著影响；采用该方法确定的试验隧道最优爆破参数为8孔逐孔掏槽、1.4 kg单孔药量、5 ms孔间延时。现场设计孔间延时为5 ms和8 ms的两组掏槽爆破试验，分析了两种孔间延时掏槽爆破的第二临空面形成时间。试验结果表明：对于短延时掏槽爆破而言，即使未形成第二临空面，采用多因素耦合法，通过最大程度的波形异向相消，也可以实现较好的降振效果。对比多因素耦合法与半周期错相减振法，后者计算的孔间延时不能确保是最优微差时间，可能造成合成振速偏大。当需要严格控制爆破振动时，通过多因素耦合法可以实现爆破参数的精确设计。
2021 Vol. 40 (5): 24-32 [
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33
初始几何缺陷模式对单层球面网壳抗震性能的影响
>张明1,2，侯积英 2，支旭东3,4，李文亮3,4
为探索地震作用下单层网壳的最不利初始几何缺陷分布模式，本文对施加四种初始几何缺陷的单层球面网壳分别开展了抗震性能研究。首先，参照相关文献选取一致缺陷模式（一）、一致缺陷模式（二），特征值缺陷及一阶振型缺陷模式四种典型的初始几何缺陷分布模式，并介绍了四种初始几何缺陷模式的理论计算公式及施加于理想网壳的方法；其次，通过有限元建模分析，考察了施加四种初始几何缺陷模式后单层网壳的变形及自振频率变化；最后，分别对跨度为100米和其它不同参数的单层球面网壳施加上述四种初始几何缺陷模式、并分别输入七条选取于唐山地震主震实测三向地震动记录开展动力时程分析，考察四种初始几何缺陷模式对单层网壳动力工作性能及承载能力的影响。结果显示，对于矢跨比为1/3的单层球面网壳，施加一致缺陷模式（一）后网壳的最大节点位移值较大；其它参数的单层球面网壳，施加了特征值初始几何缺陷模式后网壳的最大节点位移值较大。本研究可对单层网壳开展动力工作性能分析及结构设计考虑地震作用时最不利初始几何缺陷模式的选取提供参考。
2021 Vol. 40 (5): 33-38 [
摘要
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39
基于EDFT的非均匀欠采样叶尖定时信号分析
>张继旺
针对叶尖定时信号因严重的非均匀采样和欠采样导致的谱分析难题，提出了基于扩展离散傅里叶变换（EDFT）的分析方法。不同于传统的傅里叶变换，EDFT是以傅里叶积分变换为目标，在扩展的频率范围内通过构造和优化变换基函数替代传统FFT变换中的指数基来实现非均匀和欠采样信号的谱分析，在分析中利用原始数据迭代和近似拟合保证了分析精度。该方法突破了奈奎斯特采样定理的限制，扩大了分析频率范围，分析谱线数也不再受限于采样点数，提高了频率分辨率。为了验证所提方法的可行性和可靠性，采用所构建的叶尖定时系统采样数学模型生成数据和试验台测试数据分别进行了方法应用分析，结果显示无论是仿真数据或试验数据，当传感器数量大于等于3时，基于所提方法能够准确分析得到叶片振动的谱信号，表明所提方法可以有效地解决非均匀欠采样叶尖定时信号的谱分析的难题，且具有良好的抗干扰性。
2021 Vol. 40 (5): 39-45 [
摘要
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46
一种基于Triplet loss的齿轮箱复合故障识别方法
>赵晓平1,3，王逸飞 2，张永宏 2，吴家新 1，王丽华 2
随着设备检测点的数量与采样频率的增加，机械健康监测进入了“大数据”时代。深度学习以其强大的自适应特征提取和分类能力也在机械大数据处理方面取得了丰硕的成果。在故障诊断领域，目前深度学习方法的研究对象均集中于单一故障，而复合故障却鲜有人涉足。复合故障因为其各类故障信号间有耦合，变化的工况（负载，转速）也会对信号产生较大影响，所以难以准确诊断。面对复杂的复合故障，传统的Softmax分类器已不能精确高效的完成故障诊断。本文提出了一种基于Triplet loss的深度度量学习模型的诊断方法，对齿轮箱的轴承及齿轮这两种目标的故障同时进行诊断。其优势在于通过该模型提取故障信号的特征，再利用Triplet loss度量各类故障之间的距离，使得同类故障特征间的距离很近，异类故障特征间的距离很远，从而高效完成诊断任务。实验结果表明，该方法实现了在多种工况，大量样本下对齿轮箱内轴承和齿轮不同故障的准确诊断。
2021 Vol. 40 (5): 46-54 [
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55
载体加速度对静电驱动微机械陀螺响应的影响分析
>张利娟1, 2，张华彪3，李欣业1，王雅雪1，于涛1
载体的运动会导致微机械陀螺的响应发生变化，因而引起测量误差，甚至导致系统故障。本文针对载体运动对微机械陀螺响应的影响开展研究。考虑载体运动以及微陀螺的非线性支承刚度和非线性静电力，基于拉格朗日方程建立了系统的动力学方程。利用谐波平衡法结合留数定理求解了含分式非线性项的系统的周期响应，研究了载体加速度对系统响应特性的影响，发现驱动方向的载体加速度主要导致系统的灵敏度降低。检测方向的载体加速度除使得系统灵敏度降低，还会导致零偏，且零偏和加速度的大小成正比，但比例系数与驱动电压无关。驱动电压较小时，载体在检测方向较小的加速度对灵敏度和非线性度影响很小；而在驱动电压或者检测方向加速度较大时，系统的灵敏度急剧下降，且非线性度也发生了剧烈变化。
2021 Vol. 40 (5): 55-62 [
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63
齿根安全条件下多状态啮合齿轮传动系统安全-吸引盆侵蚀与分岔
>李正发1,2，苟向锋1,2，朱凌云1,2，石建飞1,2，尹桩1,2
导读:
null
轮齿折断是齿轮主要失效形式之一。以包含单双齿交替啮合、轮齿脱啮和齿背接触等的多状态啮合直齿圆柱齿轮传动系统为研究对象，计算齿根危险截面上的弯曲应力，以齿根许用弯曲应力为边界条件，建立防止轮齿折断的齿根安全条件。基于胞映射方法，用四阶Runge-Kutta法数值计算考察区域内随负载和齿侧间隙变化时系统的吸引盆及其演变过程。判断齿根安全条件下吸引盆中不同运动类型吸引域的安全特性得到系统的安全-吸引盆。借助吸引子、多初值分岔图和最大Lyapunov指数图（TLE）分析安全-吸引盆的侵蚀与分岔机理。研究发现：吸引盆中不同运动类型吸引域在齿根安全条件下的安全特性不同；吸引子的出现和消失直接导致安全-吸引盆的分岔；多初值分岔图中出现周期跳跃和分岔是引发安全-吸引盆分岔的主要原因。研究结果可为直齿轮传动系统安全运行提供参考。
2021 Vol. 40 (5): 63-74 [
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75
焊接环式箍筋约束高强混凝土柱抗震性能研究
>白巨巨，李升才，朱永浦
通过室内模型低周往复加载试验及非线性有限元分析，对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗震性能进行了研究。研究了轴压比、配箍率两个参数对柱抗震性能的影响规律。结果表明：通过ABAQUS软件对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的有限元分析结果与试验结果符合较好；随着轴压比的提高，柱的水平承载力变大，延性和耗能能力变差，骨架曲线的强度下降段较陡；随着体积配箍率的增大，柱的承载力、延性和耗能能力均有所提升. 通过回归分析，得出适用于焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗剪承载力的公式，可供设计参考。
2021 Vol. 40 (5): 75-84 [
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85
输电线路导线阵风响应系数研究
>杨风利，张宏杰，王飞，黄国
采用阵风荷载因子法推导了不同档数、影响线函数下输电线路导线阵风响应系数的计算公式，研究了湍流积分尺度、风速、档距、共振响应分量、分离系数和峰值因子等因素对导线阵风响应系数的影响规律，对并将其与现行ASCE规范和中国规范的导线阵风响应系数进行了比较分析。分析结果表明，计算导线跨中位移和输电塔风致响应时，应分别考虑单档和相邻两档导线上的风场不完全相关性。影响线函数采用线性曲线或正弦曲线时，其差异对导线阵风响应的影响可以忽略。与风速和湍流积分尺度相比，档距对导线阵风响应系数的影响更为显著，档距由100m增至1000m时，导线阵风响应系数至少降低了20%。忽略导线共振响应分量影响，导线阵风响应系数会偏小5%以上。峰值因子对导线阵风响应的影响较为显著，峰值因子按照ASCE规范取3.6比按照DL/T 5551-2018规范取2.5计算得到的导线阵风响应系数高8.6%。
2021 Vol. 40 (5): 85-91 [
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138
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92
双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究
>李国强1,2，张文津2，王彦博2，孙飞飞1,2
单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构，能够控制主体结构均匀变形，遏制薄弱层产生。当结构高度较高时，单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求，单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑。基于此，提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系。双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生，降低摇摆结构的抗震设计需求。阻尼器能够消耗地震能量，进一步降低结构的地震反应。以双段消能摇摆钢桁架-框架结构为对象，分析对比了支撑-框架结构、单段消能摇摆钢桁架-框架结构、单段摇摆钢桁架-框架结构以及双段摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能。采用OpenSees软件建立弹塑性有限元分析模型，进行了弹塑性抗震分析以及增量动力时程分析。研究表明，双段消能摇摆结构体系具有良好的抗震性能与可恢复性能，相比单段消能摇摆结构体系，可以进一步减小结构地震反应和摇摆结构抗震设计需求，该体系能应用于更高的建筑。
2021 Vol. 40 (5): 92-101 [
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102
VMD和随机森林在反应堆金属撞击信号识别中的应用研究
>者娜,刘才学,杨泰波,何攀,简捷,王广金
反应堆中脱落部件或金属遗留件的存在会与压力边界产生碰撞而严重影响反应堆的安全，为有效解决由于特征信息不足和模型构建不合理而导致的反应堆中金属撞击信号识别精度低的问题，提出了一种基于变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）和随机森林算法（Random Forest, RF）的反应堆金属撞击信号识别方法。利用变分模态分解方法对原始信号进行分解得到若干分量信号，从各分量信号中提取分量特征以构成原始信号特征向量，将其作为输入建立VMD_RF模型来对撞击信号、自检信号、脉冲尖峰信号、噪声波动信号、通道闪断信号、噪声信号六类信号进行分类以识别出金属撞击信号。采用核电现场LPMS监测系统所采集的数据对该方法的可行性和有效性进行验证，结果表明，该方法在反应堆金属撞击信号的识别方面能够获得良好的识别效果。
2021 Vol. 40 (5): 102-107 [
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108
基于复特征值分析的某盘式制动器制动尖叫问题改进
>詹斌，孙涛，沈炎武，余家皓，陶政，胡浩炬
本文以某车型出现2000Hz制动尖叫问题的盘式制动器为研究对象，建立制动器的有限元模型，通过试验模态对有限元模型进行修正，应用复特征值分析技术，获取系统的复特征值和振型，并通过ODS测试确认与制动尖叫频率对应的不稳定模态， 然后针对此不稳定模态，通过相关性分析量化制动器零件对系统不稳定模态的贡献，采用优化具有最大贡献量的零件几何结构来改善制动尖叫，最后通过SAE J2521台架试验验证此方法可行。
2021 Vol. 40 (5): 108-112 [
摘要
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113
基于注意力BiGRU的机械故障诊断方法研究
>张立鹏1，毕凤荣1,2，程建刚2，沈鹏飞2
为了解决机械故障诊断领域传统方法自适应性差、参数选择过于依赖人工的问题，论文提出了一种基于循环神经网络的机械故障诊断算法。该方法利用预处理后的机械振动信号，搭建了双向门控循环单元的故障诊断模型，并进行了基于注意力机制的模型优化，提高了特征提取效率。经过美国凯斯西储大学轴承数据集以及自采集的柴油机故障实验数据验证，相比于传统神经网络算法提升了计算效率和诊断准确率，并表现出了良好的抗噪能力。结果表明，该方法可以有效适用于基于机械振动信号的故障诊断，具有一定的工程应用价值。
2021 Vol. 40 (5): 113-118 [
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119
含焊接残余应力薄圆板结构自由振动近似解
>陈炉云，易宏
研究焊接残余应力对薄圆板结构振动特性的影响，解决薄圆板结构振动中存在非均匀分布预应力问题。根据含预应力结构的应变-应力方程，建立含预应力薄圆板结构的运动控制方程。基于Rayleigh-Ritz 法构造Lagrange能量泛函方程。将预应力和位移试函数展开成三角级数形式，对含预应力薄圆板结构的自由振动问题进行求解。以周边简支边界薄圆板结构为例，对比焊接残余应力的不同分布形式对薄圆板结构固有频率及振型的影响。数值计算结果验证了所提方法的有效性，可应用于解决任意分布预应力问题。
2021 Vol. 40 (5): 119-125 [
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126
基于非线性超声技术的热损伤混凝土微裂纹检测实验研究
>许颖，张何勇，王青原
混凝土结构在受热或者火灾作用后其内部极易形成微裂纹，这将严重影响混凝土的耐久性与强度等特性。基于非线性声场调制理论，提出边带峰计数法及损伤指标概念，以评估热损伤混凝土微裂纹的发展。通过高温制备热损伤混凝土，对热损伤混凝土微裂纹的检测结果表明，损伤指标会随微裂纹的发展而增大，与理论研究吻合。证明了非线性声场调制法的可行性，并引入非线性声场共振法进行对比实验，分析了调制法的优越性。并对不同水灰比、骨料比与升温速率的热损伤混凝土微裂纹的检测实验发现，损伤指标峰值会随混凝土水灰比或骨料比的增大而增大，缓慢升温方式对混凝土的损伤较快速升温方式大，并建立起了残余强度与损伤指标峰值之间的关系，为混凝土材料的热损伤评估奠定基础。
2021 Vol. 40 (5): 126-135 [
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136
大型压力输水管道泄漏监测方法的试验研究
>林天翔1，冯少孔1，叶冠林1，朱新民2,3，车爱兰1
为研究一种针对大型压力输水管道泄漏问题的在线监测方法，设计了4种不同压力工况(0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa)和4种不同泄漏孔直径工况(2mm、4mm、8mm、14mm)的管道模型试验。试验通过控制阀门开闭、阀门孔径大小和输水管压力变化来模拟实际运行管道的泄漏状态，并用水声检波器采集泄漏状态和非泄漏状态下的管道噪声数据来比较信号差异。经过分析，推导出了泄漏孔面积、管道压力与管道噪声信号振幅三者的关系。试验结果表明，通过利用水声检波器监测管道噪声变化进而监测管道泄漏是可行的，且泄漏信号主要由偶极子声源组成，泄漏状态下振幅随泄漏孔面积和管道运行压力均呈幂函数的关系增长。
2021 Vol. 40 (5): 136-142 [
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143
面向地震动记录和模拟地震动的工程随机地震动数据库研究
>丁艳琼1，李杰2,3，彭勇波4
收集了来自156次地震的共计7778条水平加速度记录。分别采用基于能量分布和震级-距离的地震动记录聚类分析方法，将7778条水平加速度记录划分为12组，作为地震动记录数据库的基础数据。基于工程随机地震动的物理模型，采用窄带波群叠加方法合成了不同场地类别、震级和传播距离下的24组模拟地震动，包括100条每组的12个小样本组和300条每组的12个大样本组，共计4800条模拟地震动时程，作为模拟地震动数据库的基础数据。利用聚类分组后的地震动记录和各分组模拟地震动，开发了基于Windows系统的工程随机地震动数据库系统，实现了地震动的检索以及时程、反应谱和相关地震信息的可视化及数据下载。
2021 Vol. 40 (5): 143-148 [
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149
基于小波分解的水中电爆炸冲击波波形重建方法研究
>谢宇超，周海滨，陶妍，王晨旭
水中金属丝电爆炸产生的冲击波，上升时间仅有数十纳秒，脉冲宽度仅为十几微秒，远小于化学炸药产生的冲击波，采用现有传感器对其进行精确测量非常困难。本文分析了冲击波波形形成过程，基于帕塞瓦尔时频域能量守恒定律，采用多尺度小波分解的方法，给出了一种冲击波波形重建方法。采用该方法对PCB138传感器实测的压力信号进行了重建，并与Müller-plate针式压力传感器得到的波形进行了比对。结果表明：重建后的信号更加接近真实波形，基于多尺度小波分解的波形重建算法，较基于傅立叶变换的重建算法，稳定性更好，准确度更高。
2021 Vol. 40 (5): 149-153 [
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154
外置可更换耗能器的预制拼装自复位桥墩抗震性能试验研究
>贾俊峰1,魏博1,欧进萍1,2,李逸松1,程寿山3
基于抗震韧性设计理念，结合装配式结构技术，发展了具有外置可更换耗能器的自复位预制拼装桥墩结构。开展了两组自复位预制拼装桥墩模型结构的拟静力往复加载试验研究。介绍了往复加载过程中自复位预制拼装桥墩的受力行为及损伤过程，分析了其力-位移滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、预应力筋张拉力变化、残余位移、接缝开口、墩底受压区高度等抗震性能。结果表明：外置耗能部件具有良好的可更换性和耗能能力，更换前后桥墩的抗震性能基本一致。自复位桥墩力-位移滞回曲线呈现出明显的“旗帜”型形态，残余位移较小，具有良好的自复位能力。随墩顶水平位移增加，墩柱内轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加，更换耗能器后预应力筋的预应力损失减小。墩底外包钢管有效地抑制了局部混凝土压溃，钢管没有出现局部外鼓等损伤破坏。
2021 Vol. 40 (5): 154-162 [
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163
动水压下减震连续梁桥随机优化及减震性能研究
>马安财1,谭平2,王社良1,周福霖1,2
地震作用下，跨海桥梁桥墩和周围水体的动力相互作用将对桥梁结构的动力响应产生较大影响。本文建立了考虑动水压力的2自由度连续梁桥简化分析模型，推导了其组合刚度和附加质量；提出了以墩顶位移方差最小为目标的黏滞阻尼器参数随机优化的Lyapunov方法。在此基础上，通过对设置黏滞阻尼器的某跨海连续梁桥简化模型进行了阻尼器参数优化，研究了动水压力和地震耦合作用下连续梁桥的减震性能。研究结果表明：动水压力增大了桥梁的地震反应，对桥梁的动力响应特性有较大影响。采用黏滞阻尼器可有效减小跨海连续梁桥的地震反应，改善桥梁结构抗震安全性能。
2021 Vol. 40 (5): 163-169 [
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170
地震动广义动力放大系数谱及其特性研究
>何浩祥，丁佳伟，程时涛
传统地震动力放大系数谱是根据地震动最大加速度和结构最大加速度而确定的，没有充分虑及时域非平稳性。通过比较不同周期结构最大反应出现时刻和地震动峰值出现时刻，验证极大峰值对结构反应同样有重要的作用。提出考虑若干极大峰值作用的等效动力放大系数谱的概念，计算不同场地类型下的统计谱并验证其保守性。鉴于考虑频域非平稳性的动力放大系数标准差谱的合理性，计算相关统计谱并确认其在长周期段谱值较高。综合考虑传统谱、等效谱和标准差谱的特点，基于三种谱外包络提出具有足够的保守性的广义动力放大系数谱的概念。建立广义动力放大系数谱与传统谱的比值拟合公式。通过算例验证按广义动力放大系数谱进行结构抗震设计或验算具有更高的安全性。
2021 Vol. 40 (5): 170-178 [
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179
基于EEMD-SCBSS的岩石声发射信号去噪方法
>赵奎1,2,杨道学1,2,曾鹏1,2,王晓军1,2,钟文1,2,龚囱1,2,闫雷1,2
针对岩石声发射(AE)信号的低信噪比、随机性强、非平稳性等特点，提出了一种基于总体经验模态(EEMD)及单通道盲源分离(SCBSS)的AE信号滤波方法。首先，将含有背景噪音的AE信号进行EEMD分解，得到一系列按频率从高到低排列的本征模函数(IMF)；其次，提取高频背景噪音信号与观测信号构建虚拟多通道观测信号；最终，利用快速不动点优化算法(FastICA)对构建的虚拟多通道观测信号进行盲源分离(BSS)，进而得到滤波后的AE信号。通过构造含噪音AE信号进行数值仿真实验及实测数据分析，将基于EEMD及SCBSS滤波方法与小波阈值滤波方法进行比较。实验结果表明：小波阈值滤波方法会导致滤波后的AE信号频域信息失真，影响滤波后的AE信号上升时间，能量等参数识别；本文提出的方法可以对含噪音AE信号进行有效地滤波处理，能够较好地滤除AE信号中的非平稳随机噪声，并且能够保护滤波后的AE信号频域信息。
2021 Vol. 40 (5): 179-185 [
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186
基于性能衰退评估的轴承寿命状态识别方法研究
>董绍江1，吴文亮1，贺坤1，潘雪娇1，蒙志强1，汤宝平2，赵兴新3
针对滚动轴承退化性能难以评估、寿命状态难以识别的难题，提出一种基于性能衰退评估的轴承寿命状态识别新方法，该方法基于卷积自编码器（convolutional autoencoder，CAE）与多维尺度分析（multidimensional scaling, MDS）算法构建轴承性能衰退指标，再根据构建指标和改进卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）建立轴承寿命状态识别模型，实现轴承寿命状态识别。首先，将轴承信号样本输入CAE，实现轴承寿命状态特征的自动提取与表达，再将所提取的特征通过MDS算法进行约简获得低维特征，在低维特征空间构造欧氏距离作为轴承性能衰退指标，依据指标实现轴承数据标签化。然后，使用标签化的轴承数据训练CNN，建立轴承寿命状态识别模型。在训练过程中，为抑制过拟合，对原始训练样本进行加噪处理，为提高模型抗干扰能力，将Leaky ReLU（LReLU）函数和dropout作为激活函数。最后，运用轴承全寿命试验数据对识别模型进行检验，通过对比验证，结果表明所提出的轴承寿命状态识别方法能更准确的实现轴承寿命状态识别。
2021 Vol. 40 (5): 186-192 [
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193
地震动方向对海上风力发电机动力响应的影响
>席仁强1,2，杜修力1，许成顺1，许坤1
叶轮-塔架耦合及气动阻尼作用使得海上风力发电机前后向、侧向动力特性存在差别。针对NREL 5MW单桩式海上风力发电机，通过理论分析，探讨海上风力发电机前后向与侧向振型、阻尼特性的差异；然后，针对停机和运行两种工作状态，采用气动-伺服-水动-弹性完全耦合方法，分析输入地震动方向影响海上风力发电机结构动力响应的规律，探讨最不利方向；最后，还分析了平均风速对最不利输入地震动方向的影响。结果表明：输入地震动方向可能显著影响海上风力发电机支撑结构泥面弯矩和塔顶位移幅值；对于运行状态，强震作用下，侧向为最不利输入地震动方向，弱震作用下，前后向为最不利输入地震动方向。
2021 Vol. 40 (5): 193-201 [
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202
地铁列车双锥内嵌隔板矩形管的耐撞性优化
>尚昱煌1,2,3，许平1,2,3，姜士鸿4，姚曙光1,2,3，胡正维1,2,3
为设计具有良好耐撞性能的地铁列车吸能结构，将矩形吸能管的一组对称面引入锥度，并在内部嵌入多个隔板。建立该双锥内嵌隔板矩形管和传统矩形管的有限元模型，对两者耐撞性进行对比，通过准静态轴向压缩试验验证有限元分析的准确性。以双锥内嵌隔板矩形管三个部分的厚度为设计变量，进行试验设计并建立代理模型，为最大化比吸能和最小化峰值力，对双锥内嵌隔板矩形管进行多目标优化。结果表明，双锥内嵌隔板矩形管在准静态压缩下呈现稳定而规律的变形，耐撞性能优于传统矩形管；两个优化目标具有一定的互斥性，根据实际工程对各优化目标进行权重分配，能够于帕累托前沿中应用权函数实现最优设计方案的选择。
2021 Vol. 40 (5): 202-210 [
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211
穿孔式双浮体装置水动力及波能转换特性研究
>周亚辉1，杨兴林1，周效国2，张万超2
为进一步解决波能转换装置向深水环境推进过程中存在能量转换效率问题，在现有双浮体点吸式波能装置基础上考虑穿孔阻尼板，提出新的穿孔双浮体带支撑立柱的结构形式。基于线性微幅波假设，通过特征函数展开和边界匹配的势流半解析方法，并结合多自由度振动理论，探索穿孔阻尼板对获能系统水动力、运动响应及俘获宽度比的影响。计算结果表明，阻尼板开孔会降低浮子及阻尼板自身受到的波浪激励力，浮子、阻尼板以及它们之间的耦合辐射作用力会随着阻尼板开孔半径增大而减小；阻尼板的开孔半径增大能有助于浮子与阻尼板的相对响应振幅；阻尼板会使系统出现两个耦合共振频率，在较小共振频率处的最优俘获宽度比均随着阻尼板开孔半径的增加先增大后减小。研究结果可为深水波浪能利用的工程应用提供理论基础，为后续振荡浮子波浪能发电装置优化提供依据。
2021 Vol. 40 (5): 211-217 [
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218
考虑车桥耦合效应的大跨悬索桥钢-混组合梁疲劳损伤评估
>朱劲松1,2,香超1，祁海东3
为了研究不同疲劳车辆荷载作用下大跨度悬索桥钢-混组合梁的疲劳寿命，以及在考虑车桥耦合效应变化时运营期内钢-混组合梁疲劳损伤累积变化规律，以某主跨720米的悬索桥为例进行了分析。首先基于局部梁段有限元模型静力分析确定了疲劳细节关注点，得出相应的应力集中系数；然后利用P-M及CDM两种评估模型对疲劳荷载模型Ⅲ、AASHTO规范标准疲劳车及河北省疲劳荷载谱三类疲劳车辆荷载作用下的疲劳损伤度及疲劳寿命进行了评估；最后考虑车桥耦合动力效应分析了车辆载重量、行车速度、桥面铺装恶化及未来交通量增长对结构运营期内的疲劳损伤累积的影响。结果表明，该类钢-混组合梁悬索桥疲劳状态评估最不利梁段为1/8跨处，易发生疲劳破坏的节点为靠近吊点位置的主梁顶板与腹板连接处。疲劳荷载模型Ⅲ与当地疲劳荷载谱作用下的疲劳损伤量比较接近，AASHTO疲劳车作用下的损伤累积量明显低于另外两类。不同部位疲劳细节关注点的累积损伤量变化趋势与速度的关系不太明确，行车载重量、交通量增长以及桥面铺装恶化均加速疲劳损伤累积的增长。
2021 Vol. 40 (5): 218-229 [
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230
阻尼板材在高架轨道箱梁结构噪声控制中的应用研究
>欧开宽，罗锟，雷晓燕
为探讨高架桥梁结构噪声的控制措施，以京沪高铁32m无砟轨道箱梁结构为原型，设计制作1/10的模型试验系统。通过将TD09型高性能阻尼板材分别敷设于箱梁翼缘板、腹板等位置，进行多工况的桥梁结构噪声降噪的模型试验研究。结果表明:高架轨道箱梁结构噪声峰值频段为200~1000Hz，敷设阻尼板材在峰值频段内具有一定的降噪效果。阻尼板材对桥梁结构降噪效果与阻尼板材的敷设位置有关，其在桥梁结构噪声控制中有一定的应用价值。在峰值频率500Hz处，翼缘板敷设阻尼板材对翼缘板下侧降噪效果最好，降噪约为1.6dB（A）；腹板敷设阻尼板对底板处的降噪效果最好，降噪可达3.8dB（A）；腹板及翼缘板同时敷设阻尼板材也对底板处的降噪效果最好，降噪可达3dB（A）。
2021 Vol. 40 (5): 230-236 [
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237
大跨混凝土斜拉桥施工过程中结构的断索动力响应
>张羽 1，方志 1,2，卢江波 3，向宇 4，龙海滨 3
为研究大跨混凝土斜拉桥施工过程中结构的断索动力响应，以湖南赤石特大桥火灾后九根拉索断裂的事故为背景，采用有限元软件建立了赤石特大桥的非线性动力实体有限元分析模型，通过对比灾后检测得到的索力、主梁和索塔位移及裂缝开展情况与有限元模型中相应的计算结果，证明了模型的有效性。基于已验证的有限元模型，对斜拉桥结构在多根拉索断裂过程中的动力响应进行了分析。结果表明：（1）拉索静态断裂只会对断索区域附近的截面内力和索力造成影响，而拉索骤断引起的冲击作用则会导致全桥结构都产生较大内力变化；（2）单侧索面部分拉索断裂导致主梁顶板及腹板受到扭矩和双向弯矩的共同作用而产生大量裂缝，裂缝在第五根拉索断裂后出现；（3）主梁扭矩、竖向弯矩和横向弯矩最不利截面在断索过程中的动力放大系数分别在1.09~1.55、1.21~2.05及1.21~1.76之间，最大主压应力动力放大系数在1.02~1.58之间；（4）预应力筋及拉索最大拉应力的动力放大系数分别在1~1.9及1.05~1.4之间；（5）索塔塔顶位移动力放大系数在1.23~1.65之间。
2021 Vol. 40 (5): 237-246 [
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247
基于GADF-CNN的滚动轴承故障诊断方法
>仝钰，庞新宇，魏子涵
针对一维信号作为卷积神经网络输入时无法充分利用数据间的相关信息的问题，提出GADF-CNN的轴承故障诊断模型。利用格拉姆角差域(GADF)对采集到的振动信号进行编码，可以很容易地进行角度透视，从而识别出不同时间间隔内的时间相关性并生产相应特征图，之后将其输入卷积神经网络（CNN）自适应的完成滚动轴承故障特征的提取与分类。为了验证模型性能，采用凯斯西储大学轴承数据集进行轴承故障诊断分析，同时引入常见神经网络作为对比，检验不同模型的分类性能。结果表明，相较于其他图像编码方式与神经网络，该模型在载荷变化以及噪声污染时，仍保持了良好的诊断性能。
2021 Vol. 40 (5): 247-253 [
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254
基于动网格技术的串并联囊式压力脉动衰减器的特性研究
>辛清1，张永祥1，朱群伟2，杨芮3
针对无法定量分析计算囊式衰减器衰减效果的问题，以某囊式衰减器为研究对象，运用动网格技术结合用户自定义函数（UDF）对串联和并联式衰减器进行数值计算。克服了有限元流体计算中的发散问题和动网格更新过程中的负体积问题，在不同的脉动频率下，对囊式衰减器进行动态模拟，结果表明，串联式衰减器对压力脉动的衰减效果优于并联式；流体脉动频率与衰减器固有频率一致时衰减效果最好，最佳衰减率可达85％以上。仿真结果与实验结果基本吻合，验证了仿真模型的有效性和实用性，为提高囊式衰减器的衰减性能，也为变边界问题的分析研究提供了新的方法和思路。
2021 Vol. 40 (5): 254-260 [
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261
压电式动态力传感器校准方法的研究
>卢小犇1,翟琼劼1,屠淳1,范海艇1,胡红波2
针对智能制造行业里压电式传感器的动态性能校准问题，介绍了针对传感器动态力参数的相关方法和脉冲力法校准装置，在装置上完成了试验验证和分析。本文介绍了两种常规的动态力校准方法，针对不同的校准方法建立了运动方程，做出了差异性分析。然后介绍了一种基于绝对法测量的压电式传感器脉冲力法校准装置，装置的结构包括基于刚体碰撞的脉冲力发生装置和基于外差式迈克尔逊干涉仪的测量系统，说明了工作原理和解算方法。最后利用建立的校准装置对典型压电式传感器进行动态力校准，进行结果分析和可靠性验证。
2021 Vol. 40 (5): 261-265 [
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266
预应力管桩动测承载力数值分析及参数取值研究
>陈荣保1，2，张季超1，陈泽宇1，顾美湘1
在基桩动测承载力计算时，桩周土动力参数取值未考虑与其埋深的关系、各土层阻尼系数和最大弹性变形值未根据土层性质分别取值进行计算，这与实际情况不相符合。为了使基桩动测承载力计算结果更接近实际情况，通过桩周土动三轴试验，分析动力参数取值与其土层埋深的关系；在Bowles方法的基础上，各土层采用不同阻尼系数，以及各土层采用不同最大弹性变形值，对该分析方法进行改进；通过对典型泥质粉砂岩持力层的12根试验桩进行极限荷载试验，验证和修正该数值计算方法。研究结果表明土层分布尤其是较浅部土层分布对锤击桩时土动力学响应影响较大；改进方法计算基桩动测承载力更为合理。
2021 Vol. 40 (5): 266-275 [
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276
基于线性互补问题的多体系统接触/碰撞动力学研究
>张欣刚1，齐朝晖2，王刚3，国树东2，吴志刚2
多体系统往往包含大量的接触/碰撞行为，这些非光滑事件的存在造成了动力学方程的不连续或分段连续，给数值求解带来了很大的困难。为综合考虑平顺接触与碰撞，采用基于线性互补问题的非光滑动力学方法，首先在当前时刻为起点的短时间内对对缝隙函数进行均匀化，然后与法向接触力建立标准线性互补方程，最后将线性互补方程改造为一组非线性代数方程，通过非线性迭代可直接求解接触力。算例结果表明，采用该方法不需在接触状态发生改变时切换模型,且严格满足互补关系，保证了接触力的非负性。研究成果可成为求解多柔体系统接触/碰撞问题的新途径。
2021 Vol. 40 (5): 276-282 [
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283
移动下击暴流作用下高层建筑风荷载特性研究
>方智远1，汪之松1,2，李正良1,2，黄汉杰3
为研究移动下击暴流作用下高层建筑的风荷载特性，采用可移动的冲击射流装置对高层建筑模型进行了测压试验，并通过计算流体力学方法进行数值模拟，分析了风暴移动过程中，风场中不同位置的高层建筑模型表面风压分布特性及风荷载作用机理。结果表明：风暴的移动会使风暴前缘风速加强，而使后缘风速减弱，从而使建筑表面的整体风压出现相应变化。当建筑位于风暴移动中心线上时，气流分离形成的漩涡主要出现在顶面迎风侧前沿及侧面迎风侧上角部区域，这些区域负压相对较大；建筑顶面在风暴经过时会产生较大正压。当建筑位于风暴移动中心线外时，高层建筑的来流风风向会随风暴的移动而不断发生变化；当建筑位于风暴前缘时，与来流风夹角较小的侧面会由于气流在钝体边缘的分离作用而出现较大的负压区域；当建筑位于风暴后缘时，建筑顶面角部区域会由于锥形涡的产生而出现较大负压。
2021 Vol. 40 (5): 283-289 [
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290
箱包炸弹内爆作用下单层球面网壳结构的动力响应分析
>李丹 1, 2,骆志远1，夏芊文1，邓勇军 1, 2
运用ANSYS/LS-DYNA建立跨度40m凯威特K8单层球面网壳，采用流固耦合算法，考虑箱包炸弹在网壳内部爆炸的最不利类型，获取其动力响应规律。研究结果表明：在不同炸点水平位置下，网壳内部流场分布特征、冲击波传播路径以及冲击波与网壳作用过程存在差异，各特征响应随炸点水平位置的改变变化较大，网壳杆件塑性应变百分率大致在网壳半跨的3/4处达到极值；环杆塑性应变百分率较斜杆以及肋杆高，环杆轴向应力呈现的高频率、高幅值的“环杆效应”特征与环杆所处的位置有关，且主要位于网壳的倒数1~3环区域；由于冲击波的局部增强效应，内爆荷载作用下网壳结构的易损薄弱部位主要有柱脚、支座附近杆件以及网壳环杆3部分。
2021 Vol. 40 (5): 290-297 [
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