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2021年 40卷 11期
刊出日期：2021-06-15
论文
论文
1
基于Adomian分解法的分数阶非线性系统的分析及Lyapunov指数算法的实现
>雷腾飞1，2,贺金满3,4,王艳玲1,臧红岩1,黄丽丽1,付海燕1
针对分数阶Lü超混沌系统，采用Adomian分解法对其非线性项进行分解，并采用MATLAB软件绘制了系统的相图，同时从系统的分岔图、谱熵（spectral entropy,SE）复杂度、
C
0
复杂度等数值仿真分析研究了0.90阶分数阶Lü超混沌系统丰富的动力学特性。同时采用QR分解算法，将Lyapunov指数计算展开，利用MATLAB软件仿真,得出Lyapunov指数谱与复杂度具有一致性的结论。
2021 Vol. 40 (11): 1-6 [
摘要
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7
高层建筑结构风致振动的被动吸吹气流动控制研究
>卢姗姗1,2，张志富1,2，刘金博1,2，陈文礼1,2，王伟1,2
为抑制高层建筑结构的风致振动响应，提出一种基于被动吸吹气的流动控制方法，将方形截面高层建筑结构与被动吸吹气套环进行结合，在结构立面预设吸吹气通道，通过结构尾流吹气破坏非定常旋涡脱落，从而减小作用于结构表面的平均风荷载和脉动风荷载，达到抑制风致振动的目的。在风洞试验中研究被动吸吹气套环安装在模型3个不同高度时，试验模型整体风荷载、风致振动响应以及尾部流场的变化规律。试验结果表明,被动吸吹气套环控制装置能有效抑制高层建筑结构的整体风荷载及风致振动响应，且套环安装位置越接近结构顶部，对结构风致振动的控制效果越显著。
2021 Vol. 40 (11): 7-16 [
摘要
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17
单盘悬臂转子启动过程峰值响应全局灵敏度分析
>周生通1，张沛1，肖乾1，李鸿光2，周新建1，王迪1
启动过程峰值响应（如最大峰值及其发生时间）的全局灵敏度是柔性转子系统动力学设计和评价的重要依据。基于Timoshenko梁转子有限元理论并考虑输入参数的随机性建立某单盘悬臂转子瞬态启动过程的确定性和随机动力学方程；在有限试验设计样本数限制下，联合自适应稀疏多项式混沌（adaptive sparse polynomial chaos, asPC）展开和Sobol全局灵敏度给出了asPC-Sobol灵敏度计算流程；在均值工况确定性结果分析以及asPC模型有效性验证基础上，详细探讨了启动加速度、参数变异性以及响应测点位置对单盘悬臂转子过第1阶正涡动临界转速时最大峰值及其时间方差的影响规律。算例结果表明：在±3σ截尾高斯分布设定下最大峰值及其时间分布更符合对数正态分布，而且圆盘直径D、厚度T、材料密度ρ、弹性模量E以及不平衡量f是峰值响应方差的主要贡献参数；启动加速度能够较明显地影响最大峰值的总灵敏度结果，但相比之下其对发生时间总灵敏度的影响则小很多；随着某些主要贡献参数（D、T和ρ）变异性的单独或同时减小，其余主要贡献参数的总灵敏度将明显增加，而那些原先非主要贡献参数的增加则非常有限；响应测点位置对最大峰值及其时间总灵敏度的影响非常小，尤其是在非轴承位置处。
2021 Vol. 40 (11): 17-25 [
摘要
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26
浓度梯度对甲烷-空气混合气体爆炸特性参数的影响
>李哲，陈先锋，孙玮康
为研究浓度梯度的变化对甲烷-空气预混气燃爆特性的影响。在方形爆炸实验管道中布置压力、温度传感器，开展不同甲烷浓度梯度下甲烷-空气预混气体爆炸试验。研究结果表明：浓度梯度的增大使管道内甲烷-空气预混气的火焰平均速度和最大爆炸压力均呈现先升高后降低的趋势，当浓度梯度为1.0%时二者均达到最大值；爆炸压力上升速率亦随浓度梯度增大先升高后降低，浓度梯度为1.5%时最大；达到最大爆炸压力的时间随浓度梯度的增加呈现往复变化趋势；甲烷-空气混合气的爆炸温度随浓度梯度的上升呈现先上升后下降的趋势。
2021 Vol. 40 (11): 26-32 [
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33
基于非负声强的约束阻尼板拓扑优化研究
>吴振云，赵文畅，陈海波
基于非负声强(non-negative intensity，NNI)对约束阻尼板声辐射问题作了分析及探讨,对约束阻尼板的阻尼材料的最优分布问题进行研究。使用非负声强识别结构表面对远场声辐射占据主要贡献地位的区域。使用固体各向同性材料惩罚(solid isotropic material with penalization, SIMP)方法进行密度插值，建立以阻尼材料相对密度为设计变量，以阻尼材料的体积占比作为约束，以声辐射贡献最小为目标函数的优化模型，采用移动渐近算法求解优化模型。以四边固支板为例，分析平板振动表面对远场贡献显著的区域，对阻尼材料的分布进行了优化设计。算例结果验证了基于非负声强的拓扑优化算法在降噪优化设计中的有效性，同时具备改变结构振动辐射模式的潜力。
2021 Vol. 40 (11): 33-41 [
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42
管道车在平直管段振动运移水力特性分析
>张春晋1，张学琴2，张敏1，李永业3，孙西欢3,4，贾晓萌3
近年来，传统运输方式存在交通堵塞、能源危机与环境污染等问题,已严重制约经济社会与生态环境的可持续发展。筒装料管道水力输送是一种集节能和环保于一体的运输方式，能够克服传统运输方式的不足。为分析管道车在平直管段振动运移水力特性，对管道流体域与管道车固体域进行流固耦合求解，并将模拟值与试验值对比。结果表明：管道车瞬时平动速度与瞬时转动角速度呈波动变化，可将其运动视为振动运移;导流条安放角增加引起管道车平动速度与转动角速度增大;环状缝隙流与管道流体掺混引起管道车下游压强先降低后升高;管道车振动运移时流速分布一致，而压强分布呈现降低趋势;导流条安放角增加使得平均压降系数呈先减小后增大，当安放角为24°，平均压降系数最小。该研究将为筒装料管道水力输送实际应用提供理论基础。
2021 Vol. 40 (11): 42-47 [
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48
装配式钢套管混凝土组合剪力墙竖向受拉-水平滞回荷载试验研究
>周靖1,2，李鹏1
进行6个剪跨比为1.62的装配式钢套管混凝土(CFST)组合剪力墙试件的拟静力试验，研究钢管混凝土芯柱含量比、平面外偏心距、初始轴拉力对装配组合剪力墙抗震性能的影响，分析试件的破坏特征、滞回性能、变形和延性、承载力以及刚度退化和耗能。结果表明：装配组合试件的破坏形态整体为弯剪复合破坏，在竖向受拉-水平弯剪滞回复合作用下仍具有较高的承载力，滞回曲线饱满，变形和耗能较好，破坏时残余刚度大；剪切变形分量与总变形呈线性关系，约占总位移的21%；试件平均极限位移角1/42，平均延性系数5.0，表明组合剪力墙装配整体性较好。截面承载力参数分析表明抗剪承载力随钢管混凝土含量比增大而增大，而变形曲率随之减小；抗剪承载力随初始轴拉力和平面外偏心距增大而减小，适当的轴拉力能增大截面变形能力，但平面外偏心距对变形不利。
2021 Vol. 40 (11): 48-57 [
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58
基于圆弧足底倒立摆模型的人-桥动力竖向相互作用研究
>朱前坤，尚旭强,张琼，杜永峰
基于新型圆弧足底倒立摆模型，研究了人-桥竖向相互作用。将行人简化为集中质量和两条带有圆弧足底的支撑腿，利用Lagrange方程建立人与桥相互作用动力方程,采用变步长的四阶-五阶龙格库塔法进行数值求解;对比分析了行人通过刚性地面和振动桥面时竖向步行力、动载因子和质心位移的变化原因，并探讨了行人步频与动载因子、自激力之间的关系。研究结果表明：该双足模型能够准确的捕捉到行人质心和步态变化规律；行人通过振动桥面上时动载因子随着行人步频增大而增大；由于人-桥之间的相互作用导致竖向步行力具有一定的自激力性质，并且在不同的行人步频下自激力大小不同。
2021 Vol. 40 (11): 58-64 [
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65
冲击载荷下圆筒型电涡流阻尼器动力特性研究
>王楠楠，刘宁，沈艳萍，孙明亮
为研究圆筒型电涡流阻尼器在冲击载荷下的动力特性，建立冲击载荷下电涡流阻尼器动力学模型，利用Maxwell分析软件建立圆筒型电涡流阻尼器在冲击载荷作用下的有限元模型，分析电涡流阻尼器工作时的气隙磁场与涡流分布。研究了制动减速阶段电涡流阻尼力和阻尼系数随速度变化的关系，分析工作气隙、导体筒厚度及磁轭厚度等参数对电涡流阻尼器制动性能的影响。研制了电涡流阻尼器冲击加载试验装置，试验结果与仿真结果吻合较好。研究结果表明：在保证动子运动精度的前提下，工作气隙尽可能小，磁轭厚度取永磁体厚度的3/4，导体筒厚度取1~2 mm有利于提高电涡流阻尼器的阻尼系数；电涡流阻尼器在冲击载荷作用下具有良好的缓冲制动性能，在武器发射、列车制动等冲击制动领域具有重要的应用价值。
2021 Vol. 40 (11): 65-69 [
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70
冲击载荷下箭头型负泊松比蜂窝结构动态吸能性能研究
>白临奇，史小全，刘宏瑞，孙雅洲
以箭头型负泊松比蜂窝结构为研究对象，在已有的冲击载荷下蜂窝结构平台应力理论模型的基础上，着重考虑平台区和平台应力增强区，建立了其受冲击载荷时吸收能量的理论模型，得到了其在冲击载荷下不同阶段吸收能量及对应等效应力大小与几何参数的关系。基于ANSYS仿真软件模拟了在冲击载荷作用下，箭头型负泊松比蜂窝结构的吸能和应力情况，对比验证了仿真结果与理论模型。结果表明,利用所建立的理论模型能够较为准确地描述蜂窝结构在冲击载荷下的动态吸能性能，并为负泊松比蜂窝结构的几何参数选择和优化设计提供指导。
2021 Vol. 40 (11): 70-77 [
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78
随机车流制动状态下斜拉桥黏滞阻尼器振动控制研究
>龙关旭1,2，韩万水3，徐传昶1,2，黄平明3，王阳春1,2
为了研究随机车流制动状态下斜拉桥的结构纵向响应以及黏滞阻尼器的振动控制效果，结合采集的交通荷载数据与交通流关键参数统计，建立3种车流密度的随机车流模型。其次基于车-桥系统耦合关系，利用改进折半查找法确定单主梁模型车辆荷载加载方法，编制单主梁模型车-桥耦合分析模块。通过建立的随机车流制动模型，对斜拉桥制动工况下结构纵向响应、纵向黏滞阻尼器振动控制效果和制动影响因素进行分析。结果表明：随机车流制动工况下，会产生相反方向的制动响应，且桥梁结构响应大于正常随机车流；纵向黏滞阻尼器可有效控制结构纵向位移，速度指数α越小，阻尼系数C越大，控制效果越突出，控制效率最大可达到90%左右；桥梁后半段制动响应和制动系数明显大于前半段的制动响应；制动车道越多，制动响应和制动系数越大；对于车流密度，制动产生的响应和制动系数大小规律为——密集流>适中流>稀疏流。
2021 Vol. 40 (11): 78-85 [
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86
径向软化成层土中单桩风机水平振动特性研究
>王腾1，王婵2
基于多圈层平面应变土体水平振动模型，得到桩周土体径向软化水平动刚度的解析解。在此基础上，建立径向非均质成层土中桩基水平振动模型，利用传递矩阵法得到桩顶动刚度阵，采用等效固定梁模型将桩土系统耦合到风机仿真软件FAST 8中，对桩周土径向软化对风、波浪荷载作用下单桩风机水平动力响应的影响进行研究。结果表明：桩周土软化对桩顶动刚度影响显著，当土体模量衰减系数为0.25时，与均质土相比桩顶水平刚度降低28.66%；随桩周土模量衰减系数的减小，与均质土相比风机系统的1阶和2阶自振频率分别降低13.08%和16.67%；风机塔顶位移、转角的时程和谱响应表明桩周土土体模量衰减系数为0.25时，塔顶位移和转角的方差与均质土分别相差2.68%和1.37%，位移和转角响应谱峰值约为均质土的2.77倍和2.69倍。
2021 Vol. 40 (11): 86-93 [
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91
基于频域分析方法的梁-TMDI系统的振动控制研究
>李锦华1,2，柴世宗2，张耀2,涂勇3
采用调谐质量阻尼器惯性（tuned mass damper inerter，TMDI）对梁结构进行减振控制，推导了地震加速度激励下梁结构位移响应解析式和移动力作用下梁结构位移响应解析式。给出了梁-TMDI系统的最优参数，并进行参数敏感性分析，然后通过数值分析研究了TMDI系统的控制效果，并对比了TMDI系统与调谐质量阻尼器（tuned mass damper，TMD）系统的减振效果。研究结果表明：由频域法得到的梁结构振动位移响应谱能有效地反映梁结构位移响应；利用增广拉格朗日参数优化法可以准确地获得使梁结构振动响应最小的参数；TMDI系统的敏感性受惯性器控制，惯性器对其鲁棒性影响明显；TMDI系统减振性能明显优于常规TMD系统。
2021 Vol. 40 (11): 91-100 [
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101
基于自相关与能量算子增强的滚动轴承微弱故障特征提取
>裴迪，岳建海，焦静
针对滚动轴承(rolling element bearings，REBs)早期故障振动信号冲击成分微弱，受噪声影响故障特征难以提取，提出了基于自相关和Teager能量算子增强的滚动轴承微弱故障特征提取法。利用自相关计算和经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD），分别实现轴承振动信号整个频带随机噪声和低频噪声的抑制，突出故障冲击周期。同时，提出基于内禀模态函数（intrinsic mode function，IMF）能量比加权的互相关系数-峭度指标用于筛选最优IMF进行信号重构，强化重构信号中的故障信息。对重构信号作用Teager能量算子(Teager energy operator，TEO)，得到故障冲击特征增强的瞬时能量序列，通过功率谱分析提取轴承故障特征频率。内圈故障仿真信号和滚动体故障实测信号分析表明，该方法能够有效抑制轴承振动信号噪声，对早期故障的微弱特征有显著增强作用。
2021 Vol. 40 (11): 101-108 [
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188
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109
多车载荷作用下沥青桥面铺装动力学响应
>张霞，陈恩利，李凌云
为更准确地分析沥青桥面铺装的动力学响应特性，提出基于实际车辆建模的车-路-桥动力学分析方法，研究多车载荷作用下沥青桥面铺装动力学行为。以一座钢-混凝土工字组合梁桥为例，考虑桥梁振动对桥面铺装的影响，通过数值模拟建立单车-桥面铺装动力学耦合模型，并与不考虑耦合、移动荷载作用下的传统模型进行比较，验证了耦合模型的正确性及考虑耦合的必要性；基于单车-桥面铺装耦合模型，研究多车荷载作用下沥青桥面铺装层的响应行为；分析了双车并行和双车偏载工况下，桥面铺装各层的应力和挠度响应，并与单车工况进行比较，可见多车对桥面铺装的动力学响应的影响不容忽视。研究结果表明：偏载改变了桥面铺装层横向应力的方向，在沥青层顶面和沥青-混凝土接触面，出现拉应力，故沥青铺装顶面容易出现纵向裂缝，横向最大拉应力发生在沥青层和混凝土层接触面；桥面铺装层最大纵向应力发生在沥青层和混凝土层接触面上，双车并行时，沥青层与混凝土层间所产生的纵向应力较单车行驶时增加了52.7%；偏载时剪应力最大，且最大剪应力发生在混凝土层和钢梁的接触面上，该接触面容易脱离，应采取抗剪措施；不同桥面铺装层最大挠度均发生在双车并行工况下，相比单车工况，挠度值可增大约64%。与单车作用相比，考虑多车-桥面铺装耦合对桥面铺装层设计及损伤控制提出更高要求。
2021 Vol. 40 (11): 109-115 [
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116
塔冠对超高层建筑风致响应影响研究
>马文勇1,2,3，黄铮汉1，周佳豪1，张璐1
塔冠是超高建筑中外形变化最丰富的部分，由于其位于高层建筑顶部，其形状的改变对强风作用下高层建筑的基底弯矩、顶部的位移与加速度均有着较大的影响。对大气边界层风向下20种不同形状塔冠的方形截面高层建筑进行了高频天平测力风洞试验，基于随机振动理论，分析了风荷载作用下不同塔冠高层建筑顶部的位移与加速度，对比了不同塔冠结构的风致响应，从减小风致效应的角度给出了塔冠外形的选取建议。研究表明，封闭式的方形开洞型塔冠表现明显优于其它形状的开洞型塔冠；光滑坡面型塔冠横风向响应小于其他类型的坡面型塔冠；棱锥型塔冠对顺风向响应有明显减小作用；阶梯型塔冠大部分情况下对顶部的位移与加速度响应没有明显影响。
2021 Vol. 40 (11): 116-123 [
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124
大型水电机组动平衡试验研究
>张海库1,2，陈启卷1，耿清华2,3，郑阳1，王卫玉1
针对大型水电机组转子质量不平衡引起的振动问题，提出了一种基于动载荷平衡建立离心力方程的分析处理方法。该方法利用大量现场试验样本数据，采用回归分析法对传统经验试配重公式进行了修正，得到了精确的回归系数，确定试配重质量；加试配重块，通过试配重前后变转速试验测试结果对比，找出不同转速下振动相同的平衡点，建立离心力方程；通过对离心力方程的计算求解，得到总的动不平衡质量。以某水电机组为例，对提出方法的有效性进行试验验证。结果表明，与传统方法相比，该研究提出的方法能快速和有效处理动平衡问题。
2021 Vol. 40 (11): 124-127 [
摘要
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128
基于频谱搬移的迭代式谐波实信号频率估计算法
>牟泽龙1，涂亚庆1，陈鹏2，刘言1
为抑制谐波实信号中频谱泄漏的影响，提出一种基于频谱搬移的迭代式谐波实信号频率估计算法。在估计某一谐波分量的频率时，所有负频率与其他分量的正频率均为产生频谱泄漏的干扰分量。根据干扰分量的频率逐次进行频谱搬移并抑制干扰分量，得到仅含有单一分量的信号，利用抛物线插值算法估计其频率；得到所有谐波分量的频率后，重新进行干扰分量抑制获得单一分量信号，以得到更加精确的频率估计值。仿真实验表明，所提算法抑制了干扰分量，提高了谐波实信号的频率估计精度，频率估计的均方误差更接近于克拉美罗下限（CRLB）。
2021 Vol. 40 (11): 128-133 [
摘要
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134
基于Kriging代理模型鼓式制动器稳定性的优化设计
>王文竹1,2，李杰2，刘刚1，位君3，张振伟2，程勉宏1
针对鼓式制动器出现的制动噪声问题，引入Kriging代理模型，对鼓式制动器稳定性进行优化设计。采用最优拉丁超立方设计(optimal Latin hypercube design，Opt LHD)生成样本点数据，代入鼓式制动器有限元模型进行求解，生成Kriging代理模型和进行代理模型的精度检验。以摩擦衬片、制动鼓和制动蹄的杨氏模量为设计变量，以加权不稳定倾向系数为目标函数，建立了鼓式制动器稳定性的优化设计数学模型。采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm，MIGA)进行优化设计。结果表明：引入Kriging代理模型可以大大提高鼓式制动器稳定性优化的求解效率；通过优化设计能够提高鼓式制动器的稳定性，抑制制动噪声。
2021 Vol. 40 (11): 134-138 [
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139
绝对节点坐标方法的模型降噪研究
>张志刚1,2，周翔1,2，毛红生1,2，王胜永1，宋慧涛3
绝对节点坐标方法（absolute nodal coordinate formulation, ANCF）已成功应用于大变形柔性多体系统动力学问题的建模与仿真分析，但由于节点参数多且自身包含复杂高阶模态，其系统动力学方程的刚性问题突出。目前广泛采用的隐式算法的核心步骤是通过数值阻尼滤除高频响应，但求解效率仍难以令人满意。基于在建模中滤除高频分量的思想，用一小段时间区间内的平均应力代替弹性力虚功率中的瞬时应力，推导了包含附加惯性项和附加阻尼项的绝对节点坐标单元模型降噪列式。通过调整平均应力所在时间区间长度参数即可消除系统方程的过高频率，使常规显式算法也能应用于传统刚性问题的仿真求解。数值算例表明采用绝对节点坐标单元模型降噪列式可极大降低数值仿真求解难度，在保证计算精度的同时计算效率得到大幅提升。
2021 Vol. 40 (11): 139-146 [
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147
多Agent深度Q学习和模糊积分的行星齿轮箱故障诊断
>陈仁祥1，周君1，胡小林2，曾力1，陈才3，胡超超1
针对深度Q学习中单个Agent对行星齿轮箱进行故障诊断时出现的识别率低问题，利用多个Agent进行策略学习，结合模糊积分对多Agent的决策结果进行融合，提出了基于深度Q学习和模糊积分的行星齿轮箱故障诊断方法。对振动信号进行连续小波变换(continuous wavelet transform，CWT)、S变换(S transform, ST)得到相应的时频特征矩阵，随后利用原始时域数据和得到的时频特征矩阵构建多域环境状态空间，以与多个Agent交互；交互过程中将环境返回的原始时域特征、CWT时频特征，ST时频特征分别作为相应Agent的状态，通过深度Q学习算法最大化每个Agent的Q函数值，得到最优策略；采用模糊积分对多Agent的决策结果进行融合得到最终诊断结果。通过行星齿轮箱故障数据进行验证分析，经过模糊积分进行决策融合的诊断结果优于单个Agent，能够有效提高诊断精度。
2021 Vol. 40 (11): 147-153 [
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154
隧道掘进排孔爆破的精细化数值模拟
>关振长1，朱凌枫1，俞伯林2
针对隧道爆破掘进中常见的围岩条件和炮眼类型，在LS-DYNA数值平台上建立5种炮眼的精细化模型，采用流固耦合算法，较真实地模拟了排孔爆破的瞬时过程。在炮眼周边瞬时形成压力粉碎区，同时气楔作用使初始裂缝不断扩展，形成围岩破裂区；爆轰压力波在临空面处发生反射，其反射拉伸波使临空面附近围岩出现大范围平行裂隙；爆破形成的粉碎区半径和破裂区半径约炮眼半径的3倍~4倍和22倍~24倍。关注炮眼粉碎区边界上的压力时程曲线，呈现明显的多峰形态（包括第一峰值、第二峰值和负峰值）；并且主峰值与轴向不耦合系数间呈现幂指数衰减关系。进一步地，将爆破轮廓线上的压力峰值平均化，得到各爆破轮廓线上的简化三角形荷载，可应用于远场振动效应评估等后续工作。
2021 Vol. 40 (11): 154-162 [
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163
竖直和倾斜情况下绝缘子的体型系数研究
>沈国辉1,包玉南2,邢月龙2,王轶文2,宋刚2
为了研究竖直和倾斜情况下绝缘子的体型系数，在风洞中通过模型测力和自由风偏方法进行研究，获得了竖直情况绝缘子体型系数随风速和湍流度的变化，提出了利用自由风偏测试倾斜情况下绝缘子体型系数的方法，研究了自由风偏情况下复合绝缘子的脉动风偏特征和体型系数，给出了盘式和复合绝缘子体型系数的建议值。研究表明：竖直情况下绝缘子体型系数随着风速的增大呈减少的趋势；不同湍流度下绝缘子的体型系数比较接近；悬挂绝缘子在湍流下可见显著的正弦波动，在均匀流下波动并不显著；湍流场下悬挂绝缘子平均风偏角大于均匀流，且风速越大差距越显著；建议盘式绝缘子的体型系数取0.89（竖直情况），复合绝缘子的体型系数取0.93（竖直情况）和1.00（倾斜情况），该建议值与中国规范比较接近，小于IEC、EN和JEC规范的结果。
2021 Vol. 40 (11): 163-169 [
摘要
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170
刚度递增式非光滑纯非线性吸振器的幅频响应特性研究
>陈建恩1,2，张维兴1,2，胡文华1,2，孙敏3
简谐激励幅值增大到一定程度时，光滑纯非线性吸振器会使主振子产生高分支响应，从而发生突发性失效，为避免失效发生，提出非光滑吸振器的方案。该吸振器在振幅较小时，具有较低的刚度系数，当振幅大于临界值后，刚度系数能够显著增加。利用复变量-平均法推导出系统的慢变方程，并运用最小二乘法分别获得连接光滑和非光滑吸振器的主振子的幅频响应。研究表明，通过合理控制弹簧间隙，非光滑吸振器可以有效抑制高分支响应的发生，激励幅值较小时，两种吸振器的性能非常接近，当系统承受中等激励时，光滑吸振器具有较好的吸振性能，当激励幅值进一步增加，非光滑吸振器则具有显著优势。
2021 Vol. 40 (11): 170-175 [
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176
交叉刚度对转子碰摩动力学特性的影响分析
>刘小峰,张池,柏林,罗宏林
针对简化弹簧模型和非线性动态油膜力模型皆不利于交叉刚度对碰摩转子动力学影响分析的问题，建立了基于非对称直接刚度和交叉刚度的Jeffcott转子动力学模型。结合打靶法和Floquet理论研究了转子交叉耦合刚度对转子系统运动稳定性的影响规律。创新性地引入了“碰摩能”新参量对碰摩故障进行量化表征，在此基础上分析了不同交叉刚度下转静件间隙的变化对转子碰摩程度的影响。分析结果表明，在不同“碰摩能”的情况下，转子系统交叉刚度的变化可诱发周期-1运动，再经擦边分岔突变为混沌和经Neimark-Sacker分岔渐变为混沌，正向涡动经跨临界分岔演化为反向涡动；交叉刚度较大时，增大转静件间隙反而会加重转静子碰摩的程度。
2021 Vol. 40 (11): 176-181 [
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182
雨滴冲击下双稳态压电悬臂梁俘能装置动力学特性及实验研究
>刘丽兰，钟声，吴子英
利用双稳态压电悬臂梁俘能装置将雨滴动能转换为电能。建立双稳态压电悬臂梁俘能装置的力学模型及控制方程，通过简化获得了单个雨滴冲击力的数学模型，采用对数正态分布函数模拟了不同降雨强度下雨滴直径的随机分布。利用数值仿真，研究了不同雨滴直径及不同降雨强度对俘能系统动力学特性及发电性能的影响。搭建了雨滴冲击发电实验装置，实测雨滴降落高度对系统输出电压的影响。研究结果可为利用雨滴冲击发电探索新型能源的研究提供部分参考。
2021 Vol. 40 (11): 182-189 [
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190
三轴随机振动下电连接器的松动机理及应力-电阻映射关系研究
>刘少杰1,仇原鹰1,白金1,杜建功1,李静1,王海东2,王肇喜2,张磊3
在多轴复杂振动环境下，电连接器结构可能发生松动，影响其电器的电接触性能，导致设备功能失效。为探究多轴随机振动环境下电连接器松动过程中的力学特性，建立了导弹电子舱段上电连接器模型，在随机振动环境下模拟了插针相对插孔松动退出过程中接触压力的变化历程，揭示了电连接器松动过程中的应力演变机理；通过对比三轴与单轴随机振动环境下应力变化的趋势，并根据3个区间差异比较了三轴振动相对于单轴振动的电连接器松动特征，提供了一种连接器松动的三轴振动应力筛选方法；运用R.Holm接触电阻与接触压力关系式，导出了电连接器应力与电阻的映射关系，将对插针与插孔间的接触应力监测转化为对接触电阻的监测，解决了针孔内部动应力难以测量的技术难题。
2021 Vol. 40 (11): 190-195 [
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196
超磁致伸缩超声换能器结构研究
>李鹏阳，刘强，李伟，周玄，王李梦，王权岱，袁启龙
为了实现大功率、大振幅的超声振动输出，设计了一种新型的超磁致伸缩超声换能器，换能器的形状是一个窗形的结构，用ANSYS软件对设计的超磁致伸缩换能器进行动力学分析，验证了设计方法的有效性。采用ansoft Maxwell软件分别对窗形换能器和棒形换能器进行了磁分析，发现窗形换能器的磁路是一个闭合的磁路，漏磁较少。分别对窗形换能器和棒形换能器的阻抗和振幅进行测量。结果表明，窗形换能器和棒形换能器的谐振频率基本一致，窗形换能器的阻抗比棒形换能器的阻抗要小很多，但是在相同的驱动电压下，窗形换能器的平均振幅大约是棒形换能器平均振幅的1.5倍。窗形换能器的阻抗小、结构紧促、输出振幅大，是未来超磁致伸缩换能器发展的新方向。
2021 Vol. 40 (11): 196-201 [
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202
含能活性材料防护结构超高速撞击特性数值模拟研究
>武强1，龚自正1，张庆明2，任思远2
含能活性材料超高速撞击数值模拟研究对于新型空间碎片防护机理探索研究具有重要意义。采用AUTODYN动力学仿真程序，基于改进的Lee-Tarver点火增长模型，在验证计算模型有效性的基础上，开展球形弹丸超高速撞击含能活性材料防护结构数值模拟研究，对弹丸临界破碎速度、碎片云形貌特征及后墙损伤等进行分析。给出了铝合金弹丸超高速撞击PTFE/Al含能活性材料防护屏的临界破碎速度公式，得到弹丸直径、撞击速度和含能活性材料防护屏板厚对碎片云特征参数的影响规律，进一步揭示了含能活性材料防护结构超高速撞击条件下的新型防护机理。
2021 Vol. 40 (11): 202-210 [
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211
基于多项式拟合初值的动载荷识别修正算法
>赵凤遥1，张建成1，葛巍1，姜金辉2，李寒雨1
针对Wilson-θ反分析法因初值敏感导致载荷识别结果不理想的问题，基于误差修正思想引入多项式拟合方法修正初始值，并对Wilson-θ反分析法做出改进。通过推导Wilson-θ反分析法误差传递公式，总结了初始误差对识别结果的影响原理，并利用多项式拟合方法计算位移趋势项实现对系统初始值的修正。结果表明，多项式拟合法可有效解决Wilson-θ反分析法动载荷识别的初值敏感问题，并具备一定的抗噪性能及较高的精度。
2021 Vol. 40 (11): 211-219 [
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220
一种双连杆-弹簧-曲面机构的QZS隔振器设计和研究
>王志成，王神龙，余慧杰
基于正负刚度并联原理，运用双连杆-弹簧-曲面作为负刚度机构、竖直弹簧作为正刚度机构，提出了一种准零刚度(quasi-zero stiffness ，QZS)隔振器的新构型。针对上述构型，通过静力分析，研究了系统的位移-刚度特性和位移-回复力特性，得到了系统静平衡下的QZS条件。此外，建立QZS系统的非线性动力学方程，应用谐波平衡法和龙格库塔法求解。针对不同的激励幅值、阻尼系数和QZS参数等因素，研究了系统动力学响应和传递率特性。理论研究表明，该QZS构型可以有效降低模型的共振频率与最大传递率幅值。基于隔振器的三维模型进行数值仿真和实验研究，发现提出的QZS构型拥有较好的低频隔振性能，并具备与线性系统相当的高频隔振性能。
2021 Vol. 40 (11): 220-229 [
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230
基于声音信号和改进MS-LMD的风电齿轮箱故障诊断
>刘少康1，武英杰1,2，安伟伦1，辛红伟1,2,杨彦军1，王建国1,2
基于声音信号的机械故障诊断切实可行，但风电齿轮箱声音信号可拾取到机舱内的多个振源信号和干扰噪声，影响故障的精确定位，为此，提出一种改进的局部均值分解（local mean decomposition， LMD）方法，通过分离声音信号中的调频调幅成分，实现齿轮箱复合故障诊断。根据掩膜信号(masking signal ，MS)可抑制模态混叠的特点，采用二分法在幅值加权平均频率的1.0倍~1.5倍内搜索MS频率，提出MS与LMD多次结合的循环迭代方式，依次判断、抑制多组模态混叠现象。通过两类易发生模态混叠的仿真信号验证了该方法有效性，并将其应用于现场风电齿轮箱声音信号分析中，成功诊断出齿轮箱复合故障。
2021 Vol. 40 (11): 230-239 [
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240
基于正交试验方法的杆式射流成型和侵彻性能影响因素敏感性分析
>杨世全1,拜云山1,郭锋2,王洪波1,冯高鹏1
针对某等壁厚球缺型药型罩结构，采用LS-DYNA 3D软件，开展了杆式射流(jetting projectile charge，JPC)成型和对混凝土侵彻过程的三维数值模拟。基于杆式射流成型和侵彻性能的影响因素分析，采用正交试验法，确定了药型罩壁厚、装药高度和起爆直径3个影响因素，以及射流头尾速度、头尾速度差、射流长度和侵彻深度5个评估指标，分析各影响因素对评估指标的敏感性。结果表明:药型罩壁厚是影响射流头尾速度的主要因素，曲线单调递增；起爆直径对射流尾部速度影响较小，是影响射流头部速度、头尾速度差和射流长度的主要因素，曲线单调递增；装药高度对射流头部和头尾速度差的影响相对最小；射流侵彻能力随各因素水平的提高而单调递增，但增加幅度都逐渐减弱。
2021 Vol. 40 (11): 240-247 [
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248
一类含时间分数阶导数的膜振动方程近似解析解的研究
>葛志新1,陈咸奖2
研究一类含时间分数阶导数的膜振动方程,该方程边界正弦摄动变化。先对边界自变量应用泰勒级数展开,引入多重尺度到原方程及边界,利用Riemann-Liouville分数阶导数定义和性质得到关于小参数的零阶近似解。应用微分不等式理论证明了解的一致有效性。利用图形分析出各参数对解的影响。
2021 Vol. 40 (11): 248-251 [
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252
基于动态特性的二齿差摆杆活齿参数设计研究
>宜亚丽1，郭争辉1，卫锐1，高云飞1，金贺荣1,2
为减小二齿差摆杆活齿稳态响应幅值，从而降低啮合副动载荷并提高传动系统运转平稳性，基于活齿传动系统动态特性分析提出二齿差摆杆活齿参数设计方法。建立活齿传动力学模型，求得啮合副时变啮合刚度，推导出当量啮合刚度，结合系统动力学分析模型，计算系统各子构件稳态振动响应。以系统传动平稳性和啮合副动载系数建立构件动态性能评价函数，按照子构件在系统中的加权建立系统动态性能评价目标函数，通过对目标函数评估从而得到具有良好动态性能的设计参数。对3组设计参数虚拟样机进行谐响应仿真分析，仿真结果表明，基于动态特性分析确定设计参数的虚拟样机扫频振幅最小，研究结果可对提升活齿传动系统动态性提供技术参考。
2021 Vol. 40 (11): 252-261 [
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262
基于ADD正实网络的车辆ISD悬架优化设计与性能研究
>刘雁玲，颜龙，杨晓峰，沈钰杰，刘昌宁
利用无源车辆ISD （inerter spring damper) 悬架系统可有效抑制车身低频振动的特性，结合经典加速度驱动阻尼（acceleration driven damping，ADD）控制可抑制车身中高频振动的特点，提出基于ADD正实网络的车辆ISD悬架综合优化设计方法，将车辆ISD悬架的宽频域振动抑制问题转化为基于ADD网络综合的正实优化控制问题。分别构建一阶和二阶正实网络的悬架动态模型，基于鱼群算法优化悬架结构参数，仿真分析ADD控制与正实网络的耦合作用机理和正实网络阶次对悬架性能的影响。结果表明：悬架的隔振性能随正实网络阶次的升高而提升，ADD网络综合的方法可以有效的实现车辆ISD悬架的宽频域的振动抑制，进一步拓展车辆ISD悬架主动控制的思路。
2021 Vol. 40 (11): 262-268 [
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269
不同工况下淤泥-岩石地层爆破岩层动力响应特征
>尹涛1，周传波2，郑长青3，蒋楠2，陈正进4
淤泥-岩石地层爆破破碎岩石环境复杂，炮孔中充满地下水且岩石会受到淤泥压力作用。采用现场测试和动力有限元数值模拟相结合的研究方法，对水耦合装药和淤泥压力、水耦合装药和无淤泥压力、空气耦合装药和淤泥压力3种工况下岩层动力响应特征进行了研究。得出水耦合装药和淤泥压力、水耦合装药和无淤泥压力两种工况下，岩层节点振速矢量叠加峰值、单元压力峰值与孔深均存在线性关系；空气耦合装药和淤泥压力工况下，岩层动力响应不受孔深变化的影响；淤泥压力对岩层动力响应影响较小。
2021 Vol. 40 (11): 269-276 [
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277
基于改进KDE算法的安全阀泄漏源定位
>李树勋1,2，侯建军1,2，康云星1,2，王志辉1,2
针对难以对安全阀微小泄漏孔进行准确定位的问题，提出了一种基于改进近似核密度估计(kernel density estimation ，KDE)算法的泄漏源定位方法。该算法引入信噪比(signal-to-noise ratio ，SNR)追踪和相关性检测(coherence test ，CT)相结合的方法提取受环境噪声影响较小且泄漏声源能量占优的时频支撑域，使得KDE算法应用于安全阀泄漏源定位的前提成立。在此基础上，通过分频融合处理抑制高频混叠，计算近似核密度函数，消减近似核密度函数三维谱图基底。通过MATLAB软件仿真计算，根据改进KDE谱图峰值得到安全阀泄漏源定位坐标。结果表明，工作压力分别为0.72 MPa，0.75 MPa和0.77 MPa的安全阀泄漏定位结果相对误差都在10%以内，通过声发射测试和改进KDE算法相结合的方法可以较为准确地实现安全阀泄漏源定位，且随着安全阀工作压力的增大，定位精度也相应提高。
2021 Vol. 40 (11): 277-284 [
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