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2022年 41卷 4期刊出日期：2022-02-28



论文

论文

	1	一类非线性时滞双曲型分布参数系统的振动条件
		>罗李平，曾云辉，罗振国
		研究一类非线性时滞双曲型分布参数系统解的振动性问题, 利用积分平均法、广义Riccati变换和型函数, 建立了该类系统在第三类边值条件下所有解振动的若干新的充分判据。所得结论充分显示这种振动性是由时滞引起的, 并给出一个实例来阐述主要结果的有效性。
		2022 Vol. 41 (4): 1-3 [摘要] ( 283 ) HTML (1 KB) PDF (1120 KB) ( 290 )

	4	负刚度时滞反馈控制动力吸振器的反共振优化
		>代晗，赵艳影
		提出一种含接地负刚度弹簧的时滞动力吸振器的反共振峰最小优化方法。首先,研究的模型不考虑时滞位移控制和主系统的阻尼,利用固定点理论得到接地负刚度系统的最优结构参数。其次,考虑优化调节负刚度系数,利用反共振峰最小准则,把反共振点幅值控制在给定的足够小的范围内,得到一组最优结构参数,使得调控的反共振频率频带最宽。再次,调节主系统的阻尼系数,得到最终的一组最优结构参数。最后,通过幅频响应和时间历程响应曲线证明了反共振峰最小准则的正确性,并且将本文结果与其它两种等峰优化的吸振器模型的减振效果进行对比,证明了接地负刚度时滞动力吸振器减振效果优越性。
		2022 Vol. 41 (4): 4-13 [摘要] ( 201 ) HTML (1 KB) PDF (2453 KB) ( 222 )

	14	基于高维随机矩阵特征值之差的滚动轴承状态异常检测算法
		>朱文昌1，何雅娟1，王建波2，王恒1
		针对滚动轴承异常检测准确性差、精度低及数据维度灾难造成检测困难等问题，提出一种基于随机矩阵特征值之差指标的滚动轴承状态异常检测算法。运用平移时间窗对不同时刻的轴承信息锁定，并通过分段、随机化、扩增和维度重构等方法构造出高维随机特征矩阵；利用随机矩阵理论对高维数据良好的处理能力，给出了滚动轴承特征值之差指标的构造方法及动态检测阈值的数学公式，可降低噪声的干扰，提高检测指标的鲁棒性与检测结果的准确性。采用IMS滚动轴承全寿命数据进行应用研究，分析了不同误警率对检测结果的影响；从指标构建、阈值设定及异常检测等方面，将特征值之差算法与特征值之比算法进行比较。结果表明，最大最小特征值之差算法中检测指标构建及阈值设定更符合实际工况，对滚动轴承异常状态检测更准确，对早期异常状态的识别更敏感。
		2022 Vol. 41 (4): 14-20 [摘要] ( 145 ) HTML (1 KB) PDF (1391 KB) ( 70 )

	21	舰船辐射噪声广义多尺度数学形态学特征提取与应用研究
		>郭政1,2，赵梅1，胡长青1，倪俊帅1,2
		为稳定提取复杂水声环境下舰船辐射噪声的有效特征，在数学形态学方法的基础上提出一种广义多尺度数学形态腐蚀谱熵(generalized multiscale pattern erosion spectrum entropy ，GMPESE)的舰船辐射噪声非线性特征提取方法。通过对千岛湖及东海实测舰船辐射噪声处理，验证了不同环境下该特征提取方法的可行性，分析了相关参数选取对特征区分度的影响，并比较了该特征提取方法与多尺度熵（multiscale sample entropy ，MSE）特征的识别性能。数据处理结果表明，综合比较运算耗时、提取稳定的特征所需信号时长及复杂环境下目标识别准确率，GMPESE特征提取方法具有更大优势。
		2022 Vol. 41 (4): 21-28 [摘要] ( 205 ) HTML (1 KB) PDF (2174 KB) ( 60 )

	29	双机驱动双质体振动机械系统的同步及其稳定性
		>李振民，张学良，岳红亮，闻邦椿
		对双机驱动双质体振动机械系统的同步及其稳定性进行研究。基于拉格朗日方程求得系统运动微分方程，应用平均法和Hamilton原理分别推导出系统实现同步运行及其同步状态稳定性条件的理论判据。数值上，对理论研究结果进行定性分析，得到系统同步稳定区域及相对运动幅频特性曲线。在此基础上给出满足工程实际需求的系统最佳参数匹配规则。最后，通过特定参数下的仿真研究，验证所用理论方法的有效性及所得研究结果的正确性。通过研究发现，同步稳定区域决定系统最终运动形式，而质体振幅大小则取决于系统所在共振区域的类型，确定设备工作点时要合理选择系统结构参数和电机运转速度。研究内容可为振动球磨机的设计和应用提供借鉴。
		2022 Vol. 41 (4): 29-35 [摘要] ( 193 ) HTML (1 KB) PDF (1241 KB) ( 163 )

	36	磁悬浮轴承转子热弯曲振动特性研究
		>金超武，董岳，苏浩，徐园平，周瑾，闫旭
		为了研究磁悬浮轴承-转子系统中由于轴颈铁损集中而出现的热弯曲振动现象，本文根据磁悬浮轴承的工作原理，总结出热弯曲振动的变化规律，并利用Bertotti铁损分离模型得到转子轴颈处的铁损耗，以铁损耗作为热源，结合磁悬浮轴承的支承特性，建立转子热-结构耦合振动方程，求解得到热弯曲振动响应。同时，为了研究转子工作时热弯曲振动的变化过程，使用一种迭代计算的方法，不断更新计算条件，反复迭代计算，直到振动收敛或发散，由此判断热弯曲振动对系统的影响。计算结果表明：转子旋转频率对整体温升影响显著，轴颈温差主要取决于振幅，温度最高点位置及热弯曲方向与振动位移方向有关，并决定着振动的变化。
		2022 Vol. 41 (4): 36-47 [摘要] ( 136 ) HTML (1 KB) PDF (3255 KB) ( 265 )

	48	振动压路机作业引起地基振动的解析法研究
		>王立安，余云燕
		利用Shah函数和Heaviside阶跃函数描述振动压路机在时间和空间上的间隔冲击作用，并将荷载函数代入弹性半空间的动力控制方程进行联立求解。利用三重Fourier变换推导出频率-波数域的解析解，然后反演到时间-空间域。通过数值算例，研究了振动压路机引起地基振动的衰减规律和频谱特征，并考察了压路机激振频率、名义振幅和行驶速度对地基振动特性的影响。研究表明，压路机激振频率对地基振幅影响甚微，但对地基振动频率分布产生很大影响，激振频率越大，地基振动的峰值频率数越多，峰值频率分布的频带越宽；压路机名义振幅对地基振幅影响显著，名义振幅越大，地基振幅则越大，但名义振幅对地基振动频率没有影响；随着压路机行驶速度增大，地基振幅先增大后减小，拐点出现在5 km/h附近，激振频率越大，地基振幅在低速阶段的增幅越明显。
		2022 Vol. 41 (4): 48-54 [摘要] ( 179 ) HTML (1 KB) PDF (1576 KB) ( 69 )

	55	输电塔线体系在摇摆地震动作用下的动力稳定性分析
		>魏文晖，黄功伟，徐辅中，胡郢
		为探究摇摆分量对输电塔线体系动力稳定性能的影响，以一实际输电塔为原型进行了动力时程分析，其中摇摆地震动采用改进的谱比法由地震平动中获取；根据增量动力分析（incremental dynamic analysis, IDA）方法结合B-R准则，分别对塔线体系在水平地震作用、水平-摇摆耦合地震作用和水平-竖向-摇摆耦合地震作用下的动力稳定性能进行分析。研究结果表明：摇摆分量及其引起的附加效应会使输电塔线体系产生非对称振动，结构发生偏离平衡位置的单向偏移，从而导致塔线体系较仅考虑水平地震作用，更易动力失稳；重力和竖向地震响应下共同的二阶效应，放大了摇摆分量对结构动力稳定性能的影响，加剧输电塔线体系动力失稳破坏；发生动力失稳破坏时，薄弱区域主要集中于塔身中下部，杆件失效使得塔身局部变形过大，导致塔线体系发生整体动力失稳。
		2022 Vol. 41 (4): 55-62 [摘要] ( 197 ) HTML (1 KB) PDF (2057 KB) ( 88 )

	63	随机激励作用下硬涂层薄板振动有限元分析及减振预估
		>孙悦，刘晓峰，孙伟
		硬涂层减振是一项新兴的阻尼减振技术，硬涂层复合结构在随机激励载荷作用下的振动特性建模与分析方法还未开展研究。本文将有限元建模方法和虚拟激励法(pseudo excitation method)相结合，实现了随机激励作用下硬涂层悬臂薄板结构振动建模及减振性能预估。首先基于等效单层法创建了双面涂敷硬涂层的薄板结构振动特性有限元模型，得到了基础激励作用下包含涂层材料阻尼和剩余等效粘性阻尼的复合板结构的运动方程。接着，利用虚拟激励法，将平稳随机激励载荷谱转化为简谐激励，得到了硬涂层薄板结构在随机激励作用下的响应功率谱密度的求解方法。最后，以双面涂敷NiCrAl硬涂层材料的45#钢悬臂板为实例进行研究，利用所研发的方法计算了涂层板结构的固有频率及随机基础激励作用下的振动响应，并与实验数据进行对比校验。进一步，分析了涂层厚度、储能模量和损耗因子对悬臂板振动特性的影响。结果表明，适当增加上述涂层参数量值可有效提高硬涂层的减振效果。
		2022 Vol. 41 (4): 63-69 [摘要] ( 154 ) HTML (1 KB) PDF (1425 KB) ( 94 )

	70	不同立面收缩形式圆角弧边三角形超高层建筑的气动力特性
		>丁通，陈水福
		为探索立面变化对圆角弧边三角形超高层建筑气动力特性的影响，采用风洞试验方法对6种立面收缩形式的建筑物进行了表面风压测试，研究了不同立面收缩形式、不同地貌和风向角情况下建筑三分力系数、横风向弯矩系数功率谱以及层脉动升力系数功率谱的变化特性。结果显示，锥度化和同向退台均可有效降低平均阻力系数、平均升力系数以及脉动升力系数，且降幅随锥度增大而增大，相比之下退台的效果更佳；两种退台旋转可更大程度减小三个平均分力系数和脉动阻力系数，并改变脉动升力系数和脉动扭矩系数峰值所对应的风向范围。随着锥度增大，横风向弯矩系数功率谱峰值频率右移，谱峰降低，采用退台则影响程度更大。退台旋转会使功率谱部分频段的能量明显超过同向退台情况，因为当旋转部分圆角迎风时，在两侧风弧面上加速的气流可对上方相邻退台的漩涡脱落起增强效应。
		2022 Vol. 41 (4): 70-76 [摘要] ( 158 ) HTML (1 KB) PDF (2236 KB) ( 173 )

	77	受饱和约束的车辆转向非线性鲁棒模糊分布控制
		>孙船斌1,2,3，方琳1，童宝宏1,2
		针对极限状态下车辆转向非线性和执行器饱和问题，研究主动前轮转向（active front steering ,AFS）和直接横摆力矩（direct yaw moment ,DYC）对横摆-侧倾稳定的集成控制。首先采用Takagi-Sugeon方法建立车辆3自由度横摆侧倾模型，结合模糊观测器实时获取模型动态参数。为准确反映车辆转向稳态过程，在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型。考虑到极限转向对前轮侧偏特性的影响，构建T-S框架下主动前轮输入的动态饱和阈值。引入松弛因子提高AFS和DYC的执行器利用率，将反馈输入的饱和影响作为有界扰动进行控制。基于分布补偿结构设计状态反馈模糊分布控制器 (parallel distributed compensation-TS, PDC-TS)，采用范数有界的侧翻稳定阈作为侧倾性能约束，将车辆横摆-侧倾稳定性的H∞性能转换为线性矩阵不等式（linear matrix inequalities,LMIs）凸优化问题。最后联合Trucksim-Matlab/Labview软件进行控制仿真和硬件在环验证，结果表明：PDC-TS方法对强非线性转向过程的控制更加准确，执行器能力利用更充分，并在输入饱和约束下保持控制稳定性。
		2022 Vol. 41 (4): 77-85 [摘要] ( 113 ) HTML (1 KB) PDF (2796 KB) ( 245 )

	86	PSO优化多尺度一维卷积神经网络的风机基础螺栓松动诊断
		>徐培文1,陈仁祥1,胡小林2,杨黎霞1,唐林林1,林立1
		为在非经验指导下获取多尺度一维卷积神经网络中卷积核数目和尺度最优参数，实现风机基础螺栓松动智能诊断，提出粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO）多尺度一维卷积神经网络的风机基础螺栓松动诊断方法。首先获取风机一维原始振动信号，划分训练集与验证集；然后将多尺度一维卷积神经网络中卷积核数目和尺度作为PSO的粒子，以验证精度作为适应度值，根据适应度值更新粒子速度和位置，经训练后获得最优卷积核数目和尺度参数下的多尺度一维卷积神经网络；最后，输入测试样本，得到风机基础螺栓松动诊断结果。在稳定转速和升降速下进行风机基础螺栓松动诊断实验，结果表明：PSO优化多尺度一维卷积神经网络的风机基础螺栓松动诊断方法可在非经验指导下获取最优参数，可从一维原始信号中提取出有效松动特征，具备良好的松动诊断效果。
		2022 Vol. 41 (4): 86-92 [摘要] ( 143 ) HTML (1 KB) PDF (2143 KB) ( 93 )

	93	Z型梁结构压电式能量采集性能分析
		>施海天1，魏莎1,2，丁虎1,2，陈立群1,2
		振动能量采集能够将外部环境中的振动能转化为电能，具有绿色可持续、节能环保、设计灵活等优势，在工业、生物、医学、军事等领域具有广阔的应用前景。为使振动型能量采集器适应更为复杂多变的工作环境，提高其采集功率和工作频带，提出一种多梁结构—Z型梁结构压电式能量采集器。理论分析了该采集器的固有振动特性，并通过有限元分析了结构尺寸、激励大小与方向、外部负载等参数对能量采集器性能的影响规律。结果表明，通过合理的动力学设计，Z型梁结构压电式能量采集器可以实现多模态共振频率下的有效能量采集。
		2022 Vol. 41 (4): 93-100 [摘要] ( 229 ) HTML (1 KB) PDF (2691 KB) ( 49 )

	101	整车电磁混合主动悬架故障诊断与容错控制研究
		>寇发荣，武江浩,许家楠，陈若晨
		建立了整车7自由度模型和故障悬架模型，采用LQG控制器作为电磁混合主动悬架的常规控制器，采用未知输入观测器获取悬架的状态观测值。基于获取的悬架动挠度残差，设计了逻辑模块和稳定模块对悬架进行故障诊断。仿真分析了容错控制策略下悬架在时域和频域范围内的动态特性。结果表明：在时域和频域范围内，悬架动挠度、车身垂向加速度、俯仰角加速度、侧倾角加速度均有改善，车辆的平顺性与安全性得到提升。最后，进行了整车电磁混合悬架容错控制实车试验，试验结果表明：在容错控制下，左前悬架动挠度改善了43.736%，车身垂向加速度改善了40.325%，验证了该容错控制方法的有效性。
		2022 Vol. 41 (4): 101-109 [摘要] ( 132 ) HTML (1 KB) PDF (3635 KB) ( 154 )

	110	基于声发射信号EMD-WPD特征融合的航天器在轨泄漏辨识方法
		>綦磊1,2,梁真馨3,丁红兵3,郑悦1,芮小博2,张宇2
		长期运行在空间环境中的航天器可能由于撞击、振动、老化等因素而发生气体泄漏，在轨泄漏辨识对航天器安全保障具有重要意义。论文提出了一种基于声发射信号经验模态分解（empirical mode decomposition ,EMD）和小波包分解（wavelet packet decomposition ,WPD）特征融合的航天器泄漏辨识方法，首先将声发射信号分别通过EMD和WPD分解成为不同频率范围内的子带信号，考虑能量特征误差与不稳定性，提取信号无量纲因子和频率特征参数并应用Relief F算法选取特征，最后构建支持向量机（support vector machines ,SVM）机器学习数据库，训练泄漏分类模型并利用测试集交叉验证模型分类精度。结果表明，EMD和WPD分解特征并行融合分类模型可显著提高辨识精度，最高可达96.9%，且输入特征数量少，是一种具有应用前景的航天器在轨气体泄漏辨识方法。
		2022 Vol. 41 (4): 110-116 [摘要] ( 195 ) HTML (1 KB) PDF (2250 KB) ( 164 )

	117	扁平流线型箱梁涡激振动雷诺数效应研究
		>刘庆宽1,2,3，任若松3，孙一飞3，李震3，郑云飞4
		风洞试验作为研究涡激振动的重要手段，由于其本身条件的限制，可能存在雷诺数效应问题，造成试验值和实际值的偏差。为了研究扁平流线型箱梁涡激振动的雷诺数效应，选取某大跨度斜拉桥的扁平流线型箱梁作为研究对象，利用风洞测振试验，通过调节模型系统自振频率，实现不同雷诺数下的涡激振动，研究扁平流线型箱梁的涡激振动特性及其雷诺数效应；利用风洞测压试验，研究了主梁断面的风压分布规律及其对涡激振动的贡献。结果表明：扁平流线型箱梁的涡激振动存在明显的雷诺数效应，高雷诺数下的振幅较低雷诺数下更小。在某一雷诺数下，与下表面相比，主梁上表面对涡激振动的贡献更大，尤其是腹板区域的下游部分。在不同雷诺数下，主梁脉动风压分布存在显著差异，脉动风压系数随雷诺数的改变是造成涡激振动雷诺数效应的原因。
		2022 Vol. 41 (4): 117-123 [摘要] ( 148 ) HTML (1 KB) PDF (3295 KB) ( 189 )

	124	基于欧进萍谱的广义Maxwell耗能结构随机响应简明解法
		>刘美华，邹万杰，葛新广，李创第
		针对设置广义Maxwell阻尼器多自由度耗能结构在欧进萍谱激励下响应分析较复杂的问题，提出了一种求解系统响应简洁的解析解法。首先，将广义Maxwell阻尼器本构方程、原结构运动方程与欧进萍谱滤波方程联立，重构结构运动方程；然后，采用复模态法将其解耦，得到结构位移及结构速度、层间位移及层间速度、阻尼器受力及其变化率等响应基于白噪声激励的统一杜哈梅积分表达式；最后，根据功率谱密度函数与其协方差函数的Wiener-Khinchin关系，获得了耗能结构及阻尼器响应谱矩的简明解析解。算例通过与虚拟激励法进行对比，表明了该方法的正确性，同时也具有更高计算效率的优点。
		2022 Vol. 41 (4): 124-133 [摘要] ( 192 ) HTML (1 KB) PDF (2336 KB) ( 129 )

	134	负刚度吸振器对有限长弹性梁的抑振效果研究
		>刘海平，黄志锋，边新孝
		考虑不同形式负刚度动力吸振器对有限长弹性简支梁动态响应的影响，提出并建立“弹性梁—负刚度动力吸振器”耦合系统动力学模型。基于模态叠加法，推导得到各阶模态对应幅频响应解析表达式。以弹性梁第1阶振动模态作为振动抑制目标，结合固定点理论和最大值最小化优化准则得到各类型动力吸振器的最优设计参数。以功率流作为振动控制效果的评价指标，建立“弹性梁—动力吸振器”耦合系统的导纳功率流理论模型。在此基础上，计算得到安装动力吸振器前后弹性梁的总功率流和净功率流，以及动力吸振器消耗的功率流，研究不同形式动力吸振器的振动抑制效果。最后，选择振动控制效果最显著的动力吸振器作为研究对象，针对部分主要设计参数展开研究。计算结果表明：在目标控制模态频率附近，负刚度动力吸振器对弹性梁动态响应的控制效果较好，且多个振动模态响应均被有效控制；当阻尼元件和负刚度元件同时接地对弹性梁动态响应的控制效果最佳；众多设计参数均存在最优值。
		2022 Vol. 41 (4): 134-141 [摘要] ( 128 ) HTML (1 KB) PDF (2527 KB) ( 283 )

	142	基于浸入与不变原理的电力系统混沌振荡分析与控制
		>王定胜，张宏立，王聪，张绍华
		针对电力系统中普遍存在的参数变化引起系统混沌振荡导致系统不稳定问题，提出了一种基于浸入与不变(immersion and invariance ，I&I)原理的自适应反演滑模控制(adaptive backstepping sliding mode control ，ABSMC)算法，以提高电力系统运行稳定性。首先利用电力系统非线性模型，分析无功功率的变化对系统动力学行为的影响。其次融入浸入与不变(I&I)原理，对系统中存在的未知非线性项和外部扰动进行补偿，设计扰动估计自适应律，利用反演原理设计控制器，并通过Lyapunov稳定性理论对所提出的控制方法进行收敛性证明。最后，对系统进行数值仿真实验，结果表明，所提方法可有效辨识出系统的动态扰动，使系统所有状态变量迅速收敛，提高了系统的响应速度。
		2022 Vol. 41 (4): 142-149 [摘要] ( 184 ) HTML (1 KB) PDF (2554 KB) ( 48 )

	150	爆炸冲击下水底隧道的动态响应及毁伤模式研究
		>杨广栋1,2，王高辉2，李麒3，陆春华4，卢文波2，周俊汝2，赵金帅4
		考虑炸药起爆、冲击波传播、冲击波与结构的相互作用以及结构的动态响应等复杂过程，基于Lagrange-Euler耦合算法，建立了水底隧道水下爆炸的全耦合数值仿真模型。通过与爆炸试验结果进行对比，验证了数值模型的可靠性；研究了水下爆炸冲击荷载作用下的水底隧道的毁伤破坏过程、空间分布规律及破坏模式。结果表明：水底隧道的破坏模式不仅与隧道自身的动力特性有关，还取决于起爆距离及炸药当量等；隧道可能的破坏模式为局部冲切或剥落破坏、弯曲破坏伴随着局部剥落破坏以及整体弯曲破坏。
		2022 Vol. 41 (4): 150-158 [摘要] ( 207 ) HTML (1 KB) PDF (2513 KB) ( 332 )

	159	考虑混合约束的柔顺机构拓扑优化设计
		>占金青1，王云涛1，刘敏1，朱本亮2
		为了满足制造工艺和静强度要求，提出一种综合考虑最小尺寸控制和应力约束的柔顺机构混合约束拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向同性材料插值模型描述材料分布，利用多相映射方法同时控制实相和空相材料结构的最小尺寸，采用最大近似函数P范数求解机构的最大应力，以机构的输出位移最大化作为目标函数，综合考虑最小特征尺寸控制和应力约束建立柔顺机构混合约束拓扑优化数学模型，利用移动渐近算法求解柔顺机构混合约束拓扑优化问题。数值算例结果表明混合约束拓扑优化获得的柔顺机构能够同时满足最小尺寸制造约束和静强度要求，机构的von Mises等效应力分布更加均匀。
		2022 Vol. 41 (4): 159-166 [摘要] ( 101 ) HTML (1 KB) PDF (1656 KB) ( 141 )

	167	阀门内漏识别及内漏速率量化技术研究
		>朱沈宾1,2，李振林1，王西明2，李想2，张鸣远1
		阀门作为天然气管线的关键部件，若发生内漏会带来经济损失及生产安全隐患。因此，阀门内漏的有效诊断及内漏速率的准确量化具有重大意义。针对复杂背景噪声下内漏诊断效率不高的问题，以内漏信号和非泄漏噪声信号的功率谱密度图作为输入，构建了阀门内漏卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）识别模型；针对物理理论及浅层网络模型在多工况阀门内漏数据上存在量化误差大的问题，构建了阀门内漏速率深度信念网络(deep belief network,DBN)量化回归模型，并与支持向量回归机、BP神经网络等模型进行了对比研究。研究结果表明:所构建模型的内漏识别准确率及内漏速率量化平均绝对百分比误差分别为99%、9.1012，证实了所构建模型的高效性，为阀门内漏诊断与评价开拓了新的研究方向。
		2022 Vol. 41 (4): 167-175 [摘要] ( 163 ) HTML (1 KB) PDF (1706 KB) ( 349 )

	176	平面钢框架在撞击荷载作用下的抗连续倒塌分析
		>乔惠云1, 2，郭壮壮1，陈誉2，张明锋3，丘华生4，王征5
		各种自然灾害和人为因素都可能造成结构连续倒塌，抗连续倒塌研究经常抛开引起倒塌破坏的原因，直接拆除关键柱，研究剩余结构的抗倒塌性能。本文以平面框架受撞击荷载为例分析具体灾害对框架结构抗倒塌性能的影响，提出一种撞击力简化模型，分析结构体系对撞击力的激励反应，并将撞击拆柱法模拟结果与传统直接拆柱法结果对比，分析两种方法对结构破坏模式与动力性能的影响，然后研究不同质量、速度、能量的撞击块对框架结构撞击后的响应。研究结果表明撞击拆柱法使节点应力分布复杂，引起相邻节点和构件损伤，使关键柱失效后剩余结构的受力方式和破坏模式发生变化，而传统直接拆柱法低估了剩余结构的动力响应；另外，框架结构的动力特性与撞击能量密切相关，特别受撞击速度影响最大。
		2022 Vol. 41 (4): 176-184 [摘要] ( 142 ) HTML (1 KB) PDF (1823 KB) ( 41 )

	185	弹性支撑条件下一维声子晶体结构振动特性研究
		>何东泽1，史冬岩1，王青山2,3，马春龙1,4
		为了开展弹性支撑环境下一维声子晶体结构弯曲波振动特性的研究，本文采用回传射线矩阵法对其频率响应函数曲线进行计算，并开展相应的参数化研究。通过与有限元法比较可以发现，二者的吻合程度较好，证明本文计算方法的正确性。为了进一步分析几何参数与多种条件下弹性刚度对于弹性支撑下一维声子晶体振动特性的影响规律，对不同情况下带隙的起始频率、截止频率以及带隙宽度的变化情况进行总结，得到相应的影响规律。结果表明，几何参数与多种条件下弹性刚度对于弹性支撑下一维声子晶体结构的振动特性影响情况存在不同的情况，有着各自的影响规律。
		2022 Vol. 41 (4): 185-191 [摘要] ( 151 ) HTML (1 KB) PDF (2119 KB) ( 308 )

	192	基于分段常数水平集方法的声振耦合系统拓扑优化
		>苗晓飞，赵文畅，陈海波
		针对结构与无限大声场的声振耦合系统中结构的双材料拓扑优化问题进行了研究。采用有限元与边界元方法分别对结构和声场进行离散。基于分段常数水平集(piecewise constant level set ，PCLS)方法，构造了结构的刚度阵、质量阵与阻尼阵。优化目标选为最小化结构指定位置的振幅平方，采用伴随变量法进行灵敏度分析。引入二次罚函数方法来实现体积约束，基于灵敏度信息对优化参数进行重新定义，克服了参数的问题依赖性。数值结果表明优化设计可以显著降低结构的振幅，证实了优化方法的有效性。不同算例下体积约束在相同优化参数下均得到很好满足，说明了重新定义参数的优越性。
		2022 Vol. 41 (4): 192-199 [摘要] ( 96 ) HTML (1 KB) PDF (2334 KB) ( 37 )

	200	多域信息融合结合改进残差密集网络的轴承故障诊断
		>袁彩艳1，孙洁娣1,2，温江涛3，时培明3，闫盛楠1,2
		针对滚动轴承原始时域信号信息单一、深度卷积神经网络提取的特征对信息的传递存在差异等问题，本文提出了一种多域信息融合与改进残差密集网络的轴承故障诊断方法。为了获取故障的多方面信息，先对原始数据进行多域变换，再将融合信息输入经卷积注意力改进的残差密集网络进行深度学习。经注意力机制改进的网络能够实现对提取特征的重要性区分，提高网络的训练速度、改善识别准确率。实验结果及对比分析表明本文算法可以提取较为全面的特征，较传统方法具有更好的识别效果。
		2022 Vol. 41 (4): 200-208 [摘要] ( 200 ) HTML (1 KB) PDF (2071 KB) ( 305 )

	209	不同连接强度带悬臂梁段的钢框架结构滞回性能研究
		>张永咸，李启才，何若全
		为了研究利用钢梁高强度螺栓拼接耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能，按照不同的设计方法，设计了3个带悬臂梁段上下各半层的钢框架试件并进行循环加载试验，分析试验现象，研究其滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数。通过对比分析表明：等强拼接方法设计的钢框架刚度大，延性较差，在梁端处形成塑性铰，梁端焊缝处易开裂；削弱拼接节点，使得高强度螺栓提前滑移，增强了钢框架的延性和转动能力，延缓了梁端板件的屈服，降低了整个框架的屈服荷载，钢框架的极限荷载不受影响；实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构抗震性能最好，建议按此方法设计带悬臂梁段钢框架结构中的钢梁拼接节点，并将拼接节点尽量靠近梁端设置。
		2022 Vol. 41 (4): 209-216 [摘要] ( 131 ) HTML (1 KB) PDF (3525 KB) ( 30 )

	217	“工”字型径向弹性超材料零频起始带隙特性研究
		>李丽霞1,2，贾琪1，解妙霞1,2，李玲1，张锡成3
		为了得到零频起始带隙，提出“工”字型径向弹性超材料，并研究了其不同约束状态下弹性波的传播特性。通过对色散关系，频响函数和本征模位移场计算研究，发现在双面约束状态下可产生0Hz-16849Hz的零频起始宽频带隙，主要由约束作用引起的模态转变产生。进一步，通过研究有限周期结构的方向振动位移场，发现零频起始带隙产生的机制为局域共振机制。最后，分析了结构参数对零频带隙位置及带宽的影响。研究结论可以应用于超低频减振等工程领域。
		2022 Vol. 41 (4): 217-222 [摘要] ( 137 ) HTML (1 KB) PDF (1560 KB) ( 143 )

	223	近爆作用下钢筋混凝土π梁防护性能的数值模拟
		>刘超1，孙启鑫1，李会驰2
		为研究钢筋混凝土π截面梁在近场爆炸荷载作用下的防护方法，采用ANSYS/LS-DYNA建立π梁爆炸数值模型，结合现场爆炸试验结果，对π梁在爆炸荷载作用下的破坏形态进行对比分析，验证数值模型的准确性。通过π梁在近爆荷载下采用不同防护层进行模拟分析，对π梁在不同防护工况下冲击波超压峰值分布规律、结构耗能规律、防护后π梁的破坏形态进行研究。研究发现，在钢板和泡沫铝组合防护层作用下，π梁冲击波超压峰值相对较小。而且随着纵向距离的增大，冲击超压在顶板迎爆面衰减幅度最大。钢板和泡沫铝组合防护层耗能能力较强，所消耗的能量占π梁三部分（混凝土、钢筋、防护层）总能量的90%。近爆作用下，各防护工况π梁的破坏模式均为局部破坏，无整体变形，翼缘板、腹板未发生破坏。其中，π梁在钢板和泡沫铝组合防护下损伤区域相对较小，防护能力相对较好。
		2022 Vol. 41 (4): 223-231 [摘要] ( 113 ) HTML (1 KB) PDF (2213 KB) ( 265 )

	232	POZD涂层对防护门抗冲击性能影响研究
		>陶金鑫1，贾鑫1，黄正祥1，刘晓鸣2，梁仕发3，赵阳4，白晓军4
		聚异氰氨酸酯噁唑烷酮（Polyisocyanateoxazodone，以下简称POZD）是一种弹性材料，可以在结构表面形成高强度和高弹性涂层，具有减轻不同结构冲击和爆炸的潜力。为研究POZD作为涂层时梁板式钢结构防护门的抗冲击性能，采用数值模拟方法对该门扇在6级载荷作用下的动态响应过程进行研究，分析面板厚度、工字钢型号变化时对门扇抗冲击性能的影响。将裸门扇和表面喷涂POZD门扇进行对比，结果表明当载荷和门扇结构确定时，可通过涂覆POZD涂层提高结构抗力。基于以上结果，设计出新型轻量化高抗力复合材料防护密闭门，相较于原始防护门结构，质量减小32.5%，最终通过新型复合材料防护门在冲击载荷作用下的变形试验研究，验证了数值计算结果的可靠性。
		2022 Vol. 41 (4): 232-238 [摘要] ( 135 ) HTML (1 KB) PDF (1672 KB) ( 186 )

	239	超材料混凝土单胞骨料的有阻尼自由振动特性研究
		>韩洁1，路国运1，赵一涛2
		超材料概念的提出激发了功能混凝土的研究热潮，超材料混凝土的振动研究也成为热点之一。本文基于One–dimensional spring–mass system模型，建立了单胞骨料有阻尼自由振动的三维振动模型，模型中软涂层和砂浆均用弹簧等效代替，并计算了等效长度、等效刚度和等效阻尼。以单胞骨料为研究对象，用达朗贝尔原理导出有阻尼自由振动的非线性控制方程，获得系统的固有频率和振动解。用Matlab编程进行算例分析，讨论初始条件、骨料内部尺寸及软涂层弹性模量等参数对固有频率和振动特性的影响。算例分析表明：非线性振动与线性振动中的无阻尼固有频率和有阻尼固有频率间的关系并不一致；阻尼对非线性振动固有频率的影响比线性振动的大；初速度对初相位的影响（非线性）比初始位移的大（“类线性”），初始条件既影响振幅，又影响固有频率，也会影响超材料混凝土抗冲击能力。减幅系数随初始速度、软涂层弹性模量的增大而减小，随软涂层厚度的增大而增大，这可通过减小初始速度、增大软涂层弹性模量、增加重核的大小等方式降低减幅系数对超材料混凝土结构的影响。这对超材料混凝土抵抗高频荷载和冲击荷载的研究有工程指导价值。
		2022 Vol. 41 (4): 239-245 [摘要] ( 120 ) HTML (1 KB) PDF (1249 KB) ( 183 )

	246	不同工况下含间隙铰链接触碰撞力特性研究
		>韩雪艳1，2，宋敬伟1，高振辉1，魏元浩1，李铜1，李仕华1，2
		为了更加准确的研究不同工况环境对含间隙铰链接触碰撞力的影响，以提高空间机构的运行及空间指向精度，基于分型理论、Lankarani-Nikravesh模型及宏微观理论，考虑摩擦与微凸体间的阻尼等因素，得到了新的含间隙旋转运动副元素间接触碰撞力模型，并通过实验验证了该模型的正确性。采用单一因素试验法，研究了转速、间隙、不同重力以及表面粗糙度等工况环境对含间隙铰链接触碰撞力特性的影响，并进行了相应的力学特性分析。研究结果可以为空间机构本体结构设计与理论研究提供参考。
		2022 Vol. 41 (4): 246-252 [摘要] ( 130 ) HTML (1 KB) PDF (971 KB) ( 57 )

	253	基于Bessel和Meijer-G函数的楔形和锥形悬臂梁振动分析
		>周坤涛1,2，杨涛1，葛根1，郝淑英3，张琪昌4
		本文基于欧拉伯努利梁理论，利用Lagrange法建立了楔形和锥形截面梁在外激作用下的非线性微分方程。提出了一种基于Bessel函数和Meijer-G函数线性组合的无需迭代及近似截断的振型函数，且该振型函数不依赖于楔形和锥形变截面梁的弯曲振动的运动方程是否为标准的Bessel形式，该方法能快速求解线性基频和模态函数。随后将该方法得到的模态函数代入变截面悬臂梁非线性振动的控制方程中，得到了常微分方程的弯曲非线性系数及惯性非线性系数，最后利用多尺度法研究主共振下的幅频响应。结果表明，本文方法得到的线性基频及非线性幅频响应曲线与已有文献结果高度吻合，充分验证了用本文提出的方法求解的振型函数具有很高的精确性，该方法可为楔形或锥形变截面悬臂梁模态函数解析解提供新思路。
		2022 Vol. 41 (4): 253-261 [摘要] ( 124 ) HTML (1 KB) PDF (1183 KB) ( 362 )

	262	外滚道剥落的高速轴承转子非线性系统及其振动响应分析
		>谢聪1,2, 3，郝丽娜1,2, 3，邓松1,2, 3，钱东升4，华林1,2, 3
		为了建立符合工程实际的外滚道剥落高速轴承转子系统动力学模型，将滚道剥落引起的时变位移和时变冲击激励、油膜时变刚度和时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度和时变接触角、时变接触力等非线性因素综合考虑，结合JONES的高速球轴承动力学模型建立了外滚道剥落的高速轴承转子系统非线性动力学模型。基于该模型研究了剥落尺寸和转速变化时轴承转子系统的振动响应变化规律，研究结果表明符合工程实际的滚动轴承转子系统动力学模型具有重要应用价值。
		2022 Vol. 41 (4): 262-269 [摘要] ( 128 ) HTML (1 KB) PDF (1649 KB) ( 126 )

	270	基于Kriging模型和无迹卡尔曼滤波的转向架构架模型修正
		>赵敏龙，彭珍瑞，张亚峰
		为提高转向架构架模型的修正效率和实时性，提出了一种基于Kriging模型和无迹卡尔曼滤波的模型修正方法。首先，对构架进行模态分析，引入信息熵确定模态阶数来优选频响函数频率区间。其次，构造Kriging模型，将频响函数经过小波变换并提取第四层低频系数作为Kriging模型输出，并通过改进的灰狼算法(grey wolf optimizer，GWO)确定Kriging模型相关参数值。最后，以待修正参数作为状态向量，以Kriging模型预测的小波系数和真实响应的小波系数之差的平方和作为观测函数，通过无迹卡尔曼滤波算法求解待修正参数。结果表明，所提方法对构架模型参数修正有良好的精度、效率和鲁棒性，且在0.03秒内收敛到真实值。
		2022 Vol. 41 (4): 270-277 [摘要] ( 152 ) HTML (1 KB) PDF (1563 KB) ( 193 )

	278	变工况下滚动轴承保持架碰撞接触动力学特性分析
		>涂文兵1,2，梁杰1，杨锦雯1，杨本梦1，张桂源1，袁晓文1
		滚动轴承保持架在运动过程中始终会与滚动体产生碰撞，尤其在变工况条件下更易表现出复杂的动态接触特性，对轴承使用性能和寿命产生重要影响。本文以深沟球轴承6309为研究对象，考虑滚动体与内外圈、保持架之间动态接触关系，建立了滚动轴承耦合动力学模型，分别讨论了匀、加、减速及不同转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞力幅值、次数及分布情况等接触特性变化。研究结果表明：变速工况下滚动体与保持架间碰撞次数增多；加速工况下滚动体与保持架兜孔前端碰撞力幅值明显小于后端碰撞力幅值，且承载区内滚动体主要与兜孔前端发生频繁碰撞，非承载内则主要与后端发生碰撞，减速工况则相反；相较于稳定工况，转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞作用力要大得多，碰撞程度从小到大依次为三角波动工况、简谐波动工况、矩形波动工况。本文结果可为保持架的设计和失效分析提供理论依据。
		2022 Vol. 41 (4): 278-286 [摘要] ( 122 ) HTML (1 KB) PDF (1724 KB) ( 94 )

	287	地铁致凸形地貌地表振动局部放大现象实测及机理分析
		>赵江涛1，牛晓凯1，苏洁2，王宇哲2
		法源寺文保区毗邻地铁4号线，区域受地铁振动影响较大。本文通过对地铁运行影响下法源寺文保区的现场振动测试，发现浏阳会馆位置存在明显的地表振动局部放大现象，通过相关通过相关分析得出如下结论：（1）浏阳会馆位置为典型的凸形地貌，其地表振动“局部放大区”出现在振中距1.5~3.0倍左线隧道埋设范围内，这与现有研究成果（约1~1.5倍隧道埋深）并不相同。（2）基于弹性波场理论，分析了地下埋置振源下凸形地貌地表振动放大区形成机理为：传递到凸形地貌内的振动波一方面会在坡脚产生绕射，形成以坡脚为新的振源点的波场，并部分转化为面波沿坡面传播，这样远离坡脚的界面透射波、坡脚新绕射波、坡面面波及表层土内的多次反射波便会在凸形地貌地表进行叠加；另一方面凸形地貌为若干介质层的组合，其波阻抗一般会随地层深度的减小而减小，传递到凸形地貌的透射波在向上传递的过程中，波速会不断放大，最终导致凸形地貌地表振动的局部放大。（3）采用二维有限元模型对地铁致凸形地貌地表振动局部放大现象进行了数值验证，结果发现凸形地貌地表竖向加速度峰值在其波阻抗由深及表逐渐衰减时，凸形地貌地表振动局部放大效应最为明显，数值计算结果与实测值基本吻合；数值计算结果还发现凸形地貌地表竖向加速度峰值随着地貌高度的增大而增加，达到临界值后，又会随着地貌高度的增大而降低，表明凸形地貌的振动放大效应并非会随着高度增加的而无限增大，其只在一定高度范围内存在。
		2022 Vol. 41 (4): 287-293 [摘要] ( 136 ) HTML (1 KB) PDF (2106 KB) ( 58 )

	294	路基注浆对高速铁路轨道-路基体系动力特性的影响
		>边学成1,2，李书豪1,2，万章博1,2，陈云敏1,2
		翻浆冒泥是多雨地区铁路路基的常见病害，土颗粒流失后导致道床脱空，影响列车安全运行。高聚物注浆是修复路基翻浆冒泥的有效手段，但注浆对轨道-路基体系动力特性的影响有待进一步研究。通过全比尺无砟轨道路基模型试验重现了列车运行荷载下路基的翻浆冒泥现象，开展了路基注浆驱水和填充加固试验，测定了正常路基、路基翻浆冒泥及注浆修复后等过程的轨道-路基动力学特性变化。结果表明：无砟轨道路基产生翻浆冒泥后底座板下方产生局部脱空、列车低速通过时轨道板振动就明显加剧，而列车高速运行产生的轨道板振动速度达到正常路基的2.6倍；对翻浆冒泥病害区进行注浆治理后，注浆材料能够有效填充脱空区域并加固病害区土体，轨道结构的振动速度明显降低。进一步的数值分析表明当注浆形成的填充体弹性模量在5×104~1×106 Pa区间时才能有效降低轨道板的振动响应，沿轨道方向的注浆加固长度增加会导致轨道振动变大，需根据实际翻浆冒泥范围确定合理的注浆加固范围。
		2022 Vol. 41 (4): 294-302 [摘要] ( 138 ) HTML (1 KB) PDF (2459 KB) ( 116 )

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