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2022年 41卷 9期
刊出日期：2022-05-15
论文
论文
1
考虑弹性地基的正交双曲蜂窝夹层壳体自由振动分析
>倪臻,李旦望1，夏烨1，周凯2,3,4，华宏星2,3,4
本文给出了一种针对具有弹性地基的复杂形状蜂窝夹层壳体自由振动的半解析求解方法。基于一阶剪切理论并结合改进的Gibson公式，得到了正交双曲壳的运动学及动力学关系。通过对剪切因子进行修正并利用哈密顿原理，获得了系统在弹性地基约束下的自由振动控制方程，并利用改进傅里叶法对控制方程进行求解。数值算例表明，此方法具有较高的精度和计算效率；对蜂窝壳体的参数分析表明，系统固有频率随芯层厚度比的变化规律取决于弹性地基刚度，随蜂窝厚度比的增大而降低，随胞元角度及铺层方向的改变而波动变化。
2022 Vol. 41 (9): 1-8 [
摘要
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9
两边连接暗支撑预制墙板抗震性能分析
>李彬1，王湛1,2，王鹏2,3，潘建荣1,2，范延静1，覃健桂1
本文提出了一种适用于多、高层装配式钢框架结构的两边连接暗支撑预制墙板，并对6个2/3缩尺的暗支撑预制墙板试件进行低周往复循环水平剪力加载试验，分析了几种典型的破坏模型，并对不同试件的抗剪承载力、延性和耗能能力进行研究。试验结果表明：暗支撑预制墙板具有良好的延性和耗能能力，减小剪跨比、增大墙厚能有效提高预制墙板抗剪承载力，但其峰值位移会降低至原来的1/2；设置暗柱构有效提高预制墙板抗剪承载力；试件的上部连接、T型件与暗支撑骨架下部焊缝为薄弱位置，应对其局部加强，上部连接宜采用长圆孔构造，防止螺栓剪切破坏。有限元参数化分析的结果表明：提高混凝土强度，对预制墙板的峰值荷载影响较小，但采用C30以上混凝土能有效提高屈服荷载；当钢支撑用钢量相同时，相较于增大其截面厚度，增大截面宽度对墙板抗剪承载力提升更为显著。
2022 Vol. 41 (9): 9-17 [
摘要
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18
水力发电机组轴系不确定性量化及参数敏感性分析
>闫懂林，郑阳，刘宛莹，陈启卷
当前关于水力发电机组轴系的研究主要基于确定性的框架，但在实际工程中，不确定性因素对机组轴系的影响不容忽视。鉴于此，本文将在不确定性框架下对水力发电机组轴系结构固有特性和动态响应开展不确定性量化和参数的全局敏感性分析。首先，一个包含不确定参数的水力发电机组轴系动力学模型被建立。然后，基于广义多项式混沌方法构建了不确定结构参数与输出变量之间的关系，并结合最大熵原理，求得系统随机输出的具体概率分布表达式。另外，通过对多项式混沌展开系数的简单后处理获得了不确定输入参数对轴系结构固有频率和振动响应不确定性贡献的量化指标。同时，不确定性量化及敏感性分析的可靠性也用Monte-Carlo模拟进行了验证。最重要地，本文所提出的不确定性框架下水力发电机组轴系不确定性及参数敏感性研究对水力发电机组的设计，优化和运行具有重要指导意义。
2022 Vol. 41 (9): 18-25 [
摘要
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26
人-桥竖向耦合振动效应试验研究
>温金龙1，汪志昊1，寇琛1,2，霍洪媛1
轻质人行桥与桥上的静态人体、行人之间均会产生明显的竖向耦合作用。为进一步明确人-桥竖向耦合振动效应，基于室内简支钢结构-玻璃轻型人行桥模型试验平台，分别开展了静立单人-桥、行走单人-桥以及静立单人-行走单人-桥竖向耦合振动效应试验研究。试验结果表明：静立人体作用导致人行桥竖向自振频率降低，而行人使得人行桥竖向自振频率增大；行人步频对人-桥耦合系统的竖向自振频率影响较小，但行人步频及其谐波分量与耦合系统竖向自振频率的接近程度对人行桥加速度响应频谱卓越频率影响较大；当人行桥上同时存在静立人体和行人时，静立人体作为人行桥振动的实际感知者，其驻留位置处人行桥的竖向加速度明显小于自身实际加速度。研究成果可为人-桥竖向相互作用以及人行桥振动舒适度评估提供参考。
2022 Vol. 41 (9): 26-31 [
摘要
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32
基于多源域深度迁移学习的机械故障诊断
>杨胜康1，孔宪光1，王奇斌1，程涵1，李中权1,2
针对不同工况下的机械故障诊断问题，迁移学习方法相比于深度学习具有明显的成效，单源域迁移故障诊断仍会出现负迁移和模型泛化能力差的问题。因此，本文提出一种基于多源域深度迁移学习的机械故障诊断方法。首先，进行锚适配器的构建，获得多源域—目标域适配器数据对。其次，建立基于深度域适应的迁移学习网络模型获得每个数据对的分类器与预测结果。最后，采用加权集成的方式进行分类器集成，用于最终的故障诊断识别。本文所提方法充分集成多源域故障特征信息，提取域不变特征，避免负迁移的问题，提高模型的泛化能力。通过一个滚动轴承数据来验证提出方法的性能，结果表明，多工况迁移故障诊断分类精度明显高于其中任意单一工况迁移，最高可提高8.78%，与其他方法相比，本文所提方法具有较好的精度和泛化能力。
2022 Vol. 41 (9): 32-40 [
摘要
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41
振荡激波作用下受热壁板主共振特性分析
>叶柳青,叶正寅,洪正,叶坤
冲压发动机内部的激波串往往存在振荡特征，研究振荡激波作用下受热壁板的主共振特性对结构安全性具有重要指导作用。本文基于Von-Karman 大变形理论和当地活塞流理论，采用 Galerkin 方法建立了振荡激波作用下壁板振动的动力学模型，通过龙格-库塔法对非线性动力学方程进行数值计算获得系统非线性振动响应，发现受热壁板在振荡激波作用下存在振动突跳和双稳态现象等典型的非线性动力学行为，并分析了振荡激波强度、激波振荡幅值、温度、激波振荡的中心位置、来流马赫数对系统振动突跳和双稳态特性的影响。结果表明：随着振荡激波强度、激波振荡幅值和来流马赫数增大，系统共振峰值不断单调增大，而双稳态区间由不存在先变宽，再变窄直至消失，然后再急剧变宽；温度增大会对系统产生“刚度弱化效应”；将激波振荡的中心位置向壁板两端移动可有效地降低系统共振峰值并抑制振动突跳和双稳态现象。
2022 Vol. 41 (9): 41-50 [
摘要
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51
支管流致噪声干扰下的复值域EFastICA管道泄漏声定位技术研究
>刘名杨，杨进，郑伟，樊恩东
供水管网存在大量分支接头，流体在分支接头的分流作用下产生支管流致噪声，并通过管道与泄漏声信号进行耦合。针对支管流致噪声存在下的供水管道泄漏定位问题。提出一种基于EFastICA技术的复值域盲解卷积算法(C-EFastICA)，该算法将时域瞬时线性EFastICA技术的代价函数、约束函数、迭代规则等有效地扩展到复数域，实现对含支管流致噪声的泄漏声信号分解处理。与其它ICA类算法固定选择非线性函数g不同的是，C-EFastICA根据声信号的广义高斯性特征，自适应地选择非线性函数g建立代价函数和迭代学习规则，使得算法对混合信号的分离程度更高。实验结果表明，泄漏信号和支管流致噪声均是超高斯信号，经C-EFastICA分解得到的源泄漏信号对漏点的定位相对误差低于12%，低于传统同类的C-FastICA技术。
2022 Vol. 41 (9): 51-58 [
摘要
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59
带有微孔粘弹性芯层的纤维金属混杂层合板振动分析模型
>姜世杰1,2，王子恒1,2，于长帅1,2,3，任旭辉1,2，王昕彤1,2，王相平4，韩清凯1,2，李晖1,2,4
本文建立了带有微孔粘弹性芯层的纤维金属混杂层合板振动分析模型。基于多孔材料弹性模量与密度的关系，导出了二维规则微孔分布形式下粘弹层的弹性模量表达式。采用经典层合板理论表示金属层与纤维层的位移场，同时为了考虑微孔粘弹性层的剪切变形影响，使用Reddy高阶剪切变形理论描述其位移场。进一步，基于Rayleigh-Ritz法、复模量法、应变能法和振型叠加法，求解获得了结构系统的固有频率、阻尼特性和脉冲激励下的时、频域振动响应。最后，以自行制备的带有单层微孔（直径0.5mm，孔间距2mm）的粘弹性芯层的纤维金属混杂层合板试件为研究对象，开展了实验验证研究。理论与测试结果对比发现，前3阶固有频率、阻尼比以及响应峰值的最大计算误差分别不超过4.5%，9.7%和7.5%，进而验证了所提出的理论模型的正确性。另外，依托所建立的模型，还讨论了微孔几何参数的变化对结构系统振动特性的影响。
2022 Vol. 41 (9): 59-65 [
摘要
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66
含屈服段本构模型和断裂准则对Q355B钢靶板侵彻预报的影响
>林莉1，2,张耀月1，刘志颖1，肖新科3，朱昱1
为校验考虑屈服阶段的本构模型和Lode相关断裂准则的有效性，在一级轻气炮上开展了直径为5.95 mm的平头钢性弹侵彻4 mm厚Q355B钢靶板试验，获得了弹体贯穿靶板的断裂行为和弹道极限。并开展了平面应变和扭转试验，标定了Lode无关MJC断裂准则和Lode相关ASCE断裂准则参数。在ABAQUS中对打靶试验建立三维有限元模型，对靶板的断裂行为进行研究，验证了考虑屈服阶段MxJ-C-Q本构模型和ASCE断裂准则的有效性，并探讨了Lode参数对Q355B钢的变形和断裂的影响。结果表明，采用MJC断裂准则预报高估了断裂应变其弹道极限比试验值高约38.36%；而采用Lode相关ASCE断裂准则预报的弹道极限、剩余速度以及断裂行为，与试验结果吻合较好。
2022 Vol. 41 (9): 66-74 [
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75
基于无迹变换的结构载荷/参数联合识别的GDF法
>王婷1，万志敏1，2
结构动态载荷/参数联合识别是近些年结构动力学领域的研究热点，比如作者提出的EGDF算法。不过EGDF算法的思想是基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的一阶线性化近似来处理系统中的非线性，影响识别精度。考虑到无迹变换能够有效地处理系统非线性问题，本文引入无迹变换，应用模态缩减法，将传统GDF法进行改进，形成了GDF-UT法。另外，为了缓解GDF法中的载荷位移识别信号的虚假低频漂移现象，应用应变和加速度测量信号的融合策略拓展GDF-UT算法。以平面桁架结构为数值仿真对象，验证了本文算法的有效性，相比于EGDF算法，本文方法精度更高。
2022 Vol. 41 (9): 75-80 [
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81
紊流积分尺度对CAARC模型表面风压特性的影响
>张海程1，杜树碧1,2，李明水1,2，秦川1
常规风洞不能较好模拟紊流积分尺度，造成模型缩尺比与积分尺度不匹配，本文采用两种缩尺比CAARC模型在相应缩尺比的B类风场中进行同步测压试验，研究了紊流积分尺度对平均风压系数、脉动风压均方根系数、脉动风压功率谱、风压水平和竖向相关系数、以及风压竖向相干函数的影响。结果表明：平均风压系数受紊流积分尺度影响较小，而脉动风压均方根系数随L_u^x/D的减小而减小，且脉动风压均方根系数偏小程度随L_u^x/D偏小程度的增大而增大。迎风面驻点的脉动风压功率谱，在低频区间，由准定常效应控制，基本保持一致，在高频区间，其衰减速度快于脉动风速功率谱，且衰减速度随紊流积分尺度的减小而加快；紊流积分尺度越小，宽面迎风时侧面与背面的脉动风压功率谱越大，迎风面外缘点和背面的漩涡脱落特征更明显。在迎风面，脉动风压水平相关系数和竖向相关系数随着L_u^x/D的减小而减小；在侧面，宽面迎风时脉动风压水平和竖向相关系数随着L_u^x/D的减小而增大，窄面迎风时脉动风压水平相关系数随着L_u^x/D的减小而减小，测点距离较近时，竖向相关系数随着L_u^x/D的减小而增大，测点距离较远时，竖向相关系数随着L_u^x/D的减小而减小；在背面，宽面迎风时，随着L_u^x/D的减小，水平相关系数减小，竖向相关系数增大，窄面迎风时，随着L_u^x/D的减小，水平相关系数减小，测点距离较近时，竖向相关系数增大，测点距离较远时，竖向相关系数减小；迎风面脉动风压竖向相干函数大于脉动风速相干函数。
2022 Vol. 41 (9): 81-89 [
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90
共固化阻尼薄膜夹嵌复合材料梁的振动分析
>杨功先，梁森，王光和，闫云鹏，郑长升
为研究共固化阻尼薄膜夹嵌复合材料固支梁的自由振动特性，将一阶剪切变形理论、变分原理和Hamilton原理相结合，建立了共固化阻尼薄膜复合材料梁自由振动的理论模型，提出使用伽辽金法求解该模型在固支边界条件下的自由振动理论解。通过构建有限元模型、制作阻尼薄膜夹嵌复合材料梁试件与所搭建的实验平台，分别将理论解与模拟结果、实验结果进行对比，验证了理论模型的有效性。最后，进一步探究了阻尼层在复合材料中的分布以及结构几何参数对阻尼薄膜夹嵌复合材料梁动力学性能影响的规律，为阻尼薄膜复合材料梁结构的优化设计提供理论依据。
2022 Vol. 41 (9): 90-98 [
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99
单翼太阳帆板航天器非约束模态动力学建模及特性研究
>朱尊红,戈新生
针对中心刚体-单翼大挠性结构的航天器，建立了一种非约束模态展开的动力学模型。探讨挠性航天器非约束模态动力学建模及动态特性，首先利用哈密顿原理建立了挠性航天器动力学方程，然后进行了模态离散化，分别在约束模态和非约束模态下讨论相关的特征值问题，非约束模态采用瑞利里兹法，求解了单翼挠性航天器的特征值问题，最后进行了数值仿真，比较约束模态与非约束模态之间的差异，并用有限元软件进行对比验证,得到了随着太阳能帆板长度的增加，即刚柔惯量比的减小，非约束模态比约束模态更加贴近实际情况的结论。
2022 Vol. 41 (9): 99-106 [
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107
车内声品质多维度主动声学设计
>姜顺明，周涛，王奕轩，吴朋朋
采用成对比较法对车内声品质进行主观评价，基于反向传播神经网络建立舒适性、动力感和运动感预测模型。提出三个维度的主动声学设计策略和方法，给出调节阶次的目标幅值算式，将声品质与调节阶次进行关联，通过量化分析设计变量与声品质的关系来确定设计值。三个维度的设计方法如下：根据乐理中的协和音程规律，舒适性以发火阶及其2倍和3倍频率的谐波阶为调节阶次，各阶次幅值呈等差数列；动力感以发火阶为调节阶次，幅值设计成随转速线性增加，设计变量为随转速的幅值变化率；运动感以发火阶3倍和4倍频率的谐波阶为调节阶次，幅值设计成与发火阶接近。
2022 Vol. 41 (9): 107-112 [
摘要
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113
含压电分流阻尼的声学黑洞梁振动特性研究
>万志威1,2，朱翔1,2,3，李天匀1,2,3，李敬1,2
针对声学黑洞梁结构，引入压电分流阻尼形成声学黑洞压电复合结构，采用半解析法对其振动特性进行了分析。首先基于哈密顿原理，采用墨西哥帽状小波作为型函数，利用能量法对声学黑洞悬臂梁的自由振动和受迫振动进行求解，与有限元法结果吻合良好，验证了半解析法的可靠性。然后引入分流阻尼，通过等效介质法将分流阻尼等效为附加材料，利用其局域共振机制，分析了含分流阻尼的声学黑洞梁振动特性，从理论上分析了确定局域共振频率近似方法。压电分流阻尼可以通过调整电感值来使局域共振与结构共振产生耦合，从而使振动响应峰值产生衰减；另一方面适当的阻尼可以使振荡效应消失。针对第一阶共振峰值，设计出的含分流阻尼的声学黑洞梁比传统阻尼层声学黑洞梁的振动有明显衰减，为声学黑洞结构的低频振动控制提供了新的思路。
2022 Vol. 41 (9): 113-119 [
摘要
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120
采用拉索模数伸缩缝的斜交桥减隔震参数优化
>张鹏辉，冯睿为，郭军军，袁万城
为了解决减隔震参数优化过程中参数个数增加后计算量剧增和单一构件响应量作为优化目标优化效果不理想的问题，借助响应面方法提高最优解搜索效率，提出了以桥梁结构在E2水平设防地震下的震后维修费用为优化目标的减隔震参数优化方法。首先对基于构件的桥梁结构震后直接经济损失计算方法和结合中心复合设计的响应面方法进行了介绍；然后以一座设置拉索模数伸缩缝和板式橡胶支座的斜交连续梁桥为例，构建基于OpenSees数值平台的非线性有限元模型，选取与规范反应谱相匹配的原场地震动时程作为输入，对板式橡胶支座的刚度、拉索模数伸缩缝的自由程和拉索刚度进行了优化设计，验证所提方法的正确性和可靠性；最后建立了不同斜交角下分别采用拉索模数伸缩缝和普通模数伸缩缝的斜交桥模型，对比分析了拉索模数伸缩缝的减震效果。结果表明：所提的斜交桥减隔震参数优化方法具有较好的计算效率和准确性；斜交桥震后维修花费受支座刚度的影响最大，拉索自由程次之，受拉索刚度的影响最小；拉索模数伸缩缝的设置可以平衡支座损伤和桥台损伤，使桥梁的震后维修费用显著减少；设置普通模数伸缩缝的斜交桥，其震后维修费用随斜交角的增大而增加，而设置拉索模数伸缩缝的斜交桥，其震后维修费用受斜交角影响较小。
2022 Vol. 41 (9): 120-127 [
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128
基于FP通道-泡沫铝板复合结构的低频宽带吸声体
>柯艺波，张林，吴越，陶猛
提出了FP（fast pass）通道和泡沫铝的亚波长复合吸声结构，兼顾低频和宽带的良好吸声，平均吸声系数达90%。建立了该复合吸声结构的压力-热黏性声学有限元数值分析模型，阻抗管实验结果验证了从设计的截止频率366Hz开始具有良好的吸声特性。基于有限元分析方法，讨论了FP通道的截止频率公比、吸声面积比、通道数量和泡沫铝板厚度对吸声性能的影响，并与其他复合结构进行吸声性能对比。结果表明该复合吸声结构在噪声控制领域中有一定的应用价值。
2022 Vol. 41 (9): 128-135 [
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136
基于VMD和DBN的非线性结构模型参数识别
>莫叶1，王佐才1,2，丁雅杰1，袁子青1
为解决现有的非线性结构模型参数识别方法面临优化过程复杂的问题，提出一种基于变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD）和深度置信网络（Deep Belief Network, DBN）的非线性结构模型参数识别方法。首先，利用VMD和希尔伯特变换（Hilbert transform, HT）识别振动响应的瞬时参数。将瞬时参数进行主成分分析后作为输入，非线性模型参数作为输出。然后，利用DBN拟合两者之间的非线性映射关系。最后，将实测振动响应的瞬时参数进行主成分分析后，输入训练好的DBN可直接识别修正后的非线性模型参数。通过对两个不同非线性类型的双自由度模型和一个复杂框架模型在地震作用下的数值模拟，与高压输电结构的振动台实验，验证了该方法的有效性。数值与实验结果表明，所提出的方法具有较高的计算效率和良好的抗噪性。
2022 Vol. 41 (9): 136-143 [
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144
超声电机摩擦材料局部剥落故障特征提取方法
>安国庆，张群虎，安琪，韩晓慧，李争，薛智宏
行波型超声电机摩擦材料局部剥落故障直接影响电机输出性能，并加速电机失效。针对故障信息易受噪声干扰，尤其故障初期特征难以提取的问题，文中将孤极电压信号作为处理对象，提出了一种基于LCD（Local Characteristic-scale Decomposition）与Teager能量算子相结合的故障特征提取方法。首先，对原始信号样本进行LCD分解得到不同内禀尺度分量，并通过自相关分析对各分量进行重构，实现降噪预处理；其次，利用Teager能量算子对重构信号低频段所包含的故障信息进行放大；最后，筛选低频段故障频率成分，提出了以幅值和频率信息为基础的故障特征计算方法。实验结果表明，该方法可有效表征行波型超声电机摩擦材料局部剥落的扩增趋势，并具备一定噪声背景下的适用性。
2022 Vol. 41 (9): 144-150 [
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151
基于MTF-CNN的滚动轴承故障诊断方法
>雷春丽1,2，夏奔锋1,2，薛林林1,2，焦孟萱1,2，张护强1,2
针对传统故障诊断方法在滚动轴承实际工况复杂多变、数据集较小时对轴承故障诊断识别准确率较低的问题，提出了MTF-CNN滚动轴承故障诊断模型。首先采用马尔科夫转移场（MTF）编码方式将原始一维振动信号转化为具有时间相关性的二维特征图像，然后将特征图作为卷积神经网络（CNN）的输入进行自动特征提取和故障诊断，最后实现对不同故障类型的分类。为了验证所提方法的有效性和优越性，选用凯斯西储大学滚动轴承数据进行实验验证，并在负载改变时和不同数据集规模下对所提出方法的泛化性能进行测试，同时与传统智能算法进行对比分析。结果表明，相较于其他常用的故障诊断方法，所提出模型在数据集较小、负载改变的环境下对滚动轴承故障诊断具有更好的泛化性能和识别效果。
2022 Vol. 41 (9): 151-158 [
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159
抑制低频横向振动的电动振动台参数优化
>左曙光，潘健，吴旭东，冯朝阳
针对单轴电动振动台在被测件偏载工况下存在剧烈低频横向振动分量的问题，通过连接弹簧的参数优化对低频横向振动进行了抑制。首先建立了能够反映横向振动特性的电动振动台机电耦合模型，说明了横向振动产生机理，确定了参数优化的思路；其次，分析了电动振动台系统主要连接弹簧的参数对系统固有特性及横向振动的影响，为进行参数优化提供参考；最后，提出了面向车辆道路行驶工况的横向振动优化评价指标，利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法对主要影响参数进行了优化，显著降低了目标频段内电动振动台的横向振动量级。提出的电动振动台参数优化方法能够有效抑制其低频横向振动，并为电动振动台连接弹簧的设计与选型提供参考。
2022 Vol. 41 (9): 159-166 [
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167
考虑炸高和相位角影响的射孔枪卡枪及强度流固耦合分析
>窦益华1，朱晓栋1，范永均1,2，李明飞1
射孔作业过程中常发生射孔枪卡枪、损坏等安全事故，影响勘探开发进程。本文首先建立射孔弹-射孔枪-射孔液-套管-砂岩三维有限元模型，结合ALE算法，实现射孔液-射流-枪-套管-砂岩之间的流固耦合，分析不同炸高和相位角对射流侵彻过程中射孔枪毛刺和应力强度的影响。研究表明，单枚弹、炸高12mm时，毛刺4.1mm，最大应力1075MPa，孔道周围超过材料屈服极限的应力区域直径达到61mm；炸高18mm时，毛刺3.9mm，最大应力997MPa，超过材料屈服极限的应力区域直径达到45mm；炸高24mm时，毛刺3.6mm，最大应力912MPa，超过材料屈服极限的应力区域直径达到38mm；炸高增加，毛刺高度和最大应力以及对射孔枪材料的损伤区域范围均减小；炸高12mm，相位角30°、60°、90°时，毛刺高度较单枚时变化很小，超过材料屈服极限的应力区域直径分别为55mm、42mm、66mm，此区域内，在高爆轰压力下，射孔枪将发生向外鼓胀，即所谓的“胀枪”，引起卡枪事故，所以相位角60°时射孔枪的强度安全性更好。通过本文研究，解决了聚能爆轰仿真时常发生的分析意外终止和速度超限溢出问题，可为射孔爆轰侵彻类问题研究提供思路。
2022 Vol. 41 (9): 167-173 [
摘要
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174
基于遗传算法辨识炸药JWL状态方程参数的研究
>崔浩1,郭锐1，宋浦2，顾晓辉1，周昊1，邢柏阳1
为了准确方便地获取炸药爆轰产物JWL(Jones-Wilkins-Lee)状态方程参数，提出了一种基于遗传算法和圆筒能量模型辨识CHNO型炸药爆轰产物JWL状态方程参数的方法。相比于传统的圆筒试验法，该方法极大地降低了获取炸药JWL参数的成本，只需已知炸药的初始密度和爆速便可确定JWL状态方程参数。采用该方法辨识得到了4种常用炸药的JWL状态方程参数，结果表明：辨识得到的4条JWL状态方程的P-V曲线和标准JWL状态方程的P-V曲线偏差较小，且决定系数均大于0.99；数值仿真结果表明采用辨识参数和标准参数计算得到的圆筒外壁径向位移曲线接近，证明了遗传算法辨识JWL状态方程参数的有效性和高精度。
2022 Vol. 41 (9): 174-180 [
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181
基于时序二维化和注意力机制的法兰螺栓连接状态识别
>张洪1,2，刘彬彬1,2，李云飞3
针对采用振动对法兰螺栓进行动态激励时，采集得到的声发射信号难以对螺栓连接状态进行精确识别的问题。提出了一种基于注意力网络的信号识别分类方法；采用分段聚合近似和格拉姆角场将声发射信号编码为二维图像，用图像代替一维信号作为诊断依据。为提高对图像的特征提取识别能力，引入注意力机制到残差神经网络中，设计了分组卷积诊断模型，实现了法兰螺栓连接状态的高精度识别。对比所选多种方法的试验结果表明，本文方法可以有效地识别螺栓的连接状态，具有较强的细节特征提取能力和泛化性能。
2022 Vol. 41 (9): 181-188 [
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189
不同类型炸药水下爆炸时冰层损伤特性研究
>王莹，秦业志，王志凯，姚熊亮
为了探究水下爆炸冲击波与气泡脉动载荷联合作用下冰层损伤特性以及不同类型含能炸药水下爆炸对冰层损伤特性，本文采用动力学分析软件LS-DYNA中的任意拉格朗日欧拉(ALE)法建立了计算水下爆炸气泡动力学模型及水下爆炸冰-水全耦合模型，考虑了冲击波载荷及复杂的气泡载荷耦合全过程；在此基础上，分析了烈性奥克托今炸药（简称HMX）及不同铝氧比黑索金炸药（简称RDX）对冰层损伤特性的影响。研究结果表明：计算模拟结果与试验结果吻合良好，验证了本文计算模型的有效性；揭示了水下爆炸冲击波和气泡载荷联合作用下的冰层损伤机理； HMX炸药对冰层的损伤威力更强，RDX(0.36)比RDX(0)、RDX(0.16)、RDX(0.63)对冰层产生的毁伤效应要强，其与TNT对冰层造成的毁伤效应强度接近。依据研究结果冲击波载荷是造成冰层损伤区域大小的主要毁伤元素，而气泡载荷主要影响冰层毁伤区域的破碎形态；根据不同毁伤目标应用特性，调节炸药配方比，改变冲击波能与气泡能的输出结构，可实现冰层的不同毁伤模式。
2022 Vol. 41 (9): 189-198 [
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199
基于VAE-GAN和FLCNN的不均衡样本轴承故障诊断方法
>张永宏1，张中洋1，赵晓平2,3，王丽华1，邵凡1，吕凯扬2
针对滚动轴承故障诊断中样本分布不均衡引起的模型泛化能力差、诊断精度低的问题，从两个方面展开研究：(1)故障样本增广：提出结合变分自编码器(VAE)和生成对抗网络(GAN)的VAE-GAN样本增广模型；(2)改进分类算法：提出基于焦点损失(FL)和卷积神经网络(CNN)的FLCNN样本分类模型。在此基础上，将VAE-GAN和FLCNN融合，构建VAE-GAN+FLCNN轴承故障诊断模型。首先，将样本量少的故障类输入VAE-GAN模型，通过交替训练编码网络、生成网络和判别网络，学习出真实故障样本的数据分布，从而实现故障样本的增广；然后用增广后的数据样本训练FLCNN分类模型，完成轴承故障识别。实验对比结果表明，所提方法能够有效提升样本不均衡条件下的轴承故障诊断效果，拥有更高的Recall值和F1-score值。
2022 Vol. 41 (9): 199-209 [
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210
基于MFC的地铁轨道振动能量收集研究
>谢伟平，陈谣，王先锋
压电陶瓷极限受拉承载力弱，导致传统悬臂型俘能器在工程应用中极易开裂损坏，与其持续供能的初衷相违背。压电纤维复合材料（MFC）具有优异的柔韧性、耐久性，恰恰弥补了这一缺陷。然而以MFC材料为基础的俘能器在地铁轨道振动能量俘获中的应用鲜有研究。本文首先建立地铁车辆-轨道耦合系统模型,得到钢轨在车辆荷载作用下的动力响应。紧接着基于混合规则和代表体积元建立d_33型悬臂式MFC俘能器的力电耦合模型，并将钢轨的动力响应作为俘能器的输入荷载预测其电能输出，讨论了材料参数、几何参数及车辆荷载特性对输出电能的影响。并进一步通过实验研究，验证了所建立理论分析模型的正确性。最后基于LTC3588-1能量管理芯片进行了能量收集-存储模拟，验证了MFC俘能器用于无线传感器供能的可行性。
2022 Vol. 41 (9): 210-218 [
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219
高速动车组电机吊架载荷及损伤特性
>李俊杰,任尊松,魏雪
以某型高速动车组电机吊架为研究对象，利用载荷标定方法制作电机吊架板簧力传感器，通过线路实测获得电机吊架垂向载荷时间历程，结合车载陀螺仪信号和速度信号，将实测载荷分解为趋势载荷和动态载荷，分析了电机吊架在起动加速、高低速直线、曲线通过、制动减速等典型工况的载荷特性。在此基础上，编制了电机吊架在典型工况下的载荷谱，分析了各工况载荷幅值和频次的特点；依据疲劳损伤准则，分析了不同工况下疲劳损伤密度的变化规律以及各级载荷谱的损伤分布，对比了趋势载荷和动态载荷的损伤占比。结果表明，电机吊架载荷主要由振动引起的动态载荷和电机扭矩引起的趋势载荷组成。电机吊架二、四位比一、三位受电机输出扭矩影响较大，尤其在起动和制动阶段。列车速度从195 km/h增大到295 km/h时，载荷RMS值增大了62%。随着速度提高，电机吊架振动主频呈正比增长。相同里程下，直线工况下的损伤密度值最大、起动工况损伤密度最小。电机吊架损伤主要由动态载荷引起，其损伤占比为99.6%。中幅区载荷谱产生的损伤占总体93%以上。
2022 Vol. 41 (9): 219-226 [
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227
蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在联合载荷下的动态力学行为
>赵中南1,2,3,韩宾2，李朗2，张钱城1，卢天健3
为了探究具备抗多发弹打击的蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在冲击波与破片联合载荷下的防护性能，改善当前防护装甲基于破片或爆炸冲击波单一载荷开展结构设计的不足，本文通过泡沫铝-弹丸复合弹模拟联合载荷，采用有限元模拟手段，研究了蜂窝点阵-陶瓷复合装甲在联合载荷作用下的结构动态响应与毁伤机理，明确了速度差和预变形两种协同作用机制。进一步，研究了联合载荷中爆炸冲击波与破片抵达先后顺序与抵达时间差对复合装甲防护性能的影响。最终，进行了参数化研究，讨论了蜂窝点阵-陶瓷复合装甲中，不同子结构关键几何参数对防护性能的影响规律，评估了不同子结构的防护贡献，为最优防护性能设计提供了指导。
2022 Vol. 41 (9): 227-236 [
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237
双幅连续梁桥钢箱梁涡激振动机理分析
>董国朝，许育升，韩艳，李凯
对某双幅钢箱梁连续梁桥涡激振动进行风洞试验和数值模拟研究。基于二次开发UDF(user defined function)程序嵌入Fluent进行二维流固耦合分析，模拟了双幅桥梁断面的涡激振动；通过对比节段模型风洞试验及数值模拟结果，验证了数值模拟方法的可靠性，并从流场的角度直观分析双幅钢箱梁断面涡激振动机理。研究结果表明：上游幅主梁断面下表面的主涡与其背风侧的正压区的周期性变化诱发了上游幅主梁断面的竖向涡激振动。下游幅主梁断面上、下表面的旋涡交替作用于主梁断面并脱落，形成了周期性的作用，导致了下游幅主梁断面的竖向涡激共振。下游幅主梁断面上、下表面的旋涡分别在迎风侧栏杆与上游幅箱梁尾部、下游幅箱梁前端得到增强，导致了下游幅主梁断面的涡激振动的振幅大于上游幅主梁断面。研究结果为双幅桥梁或双钝体断面的涡激振动研究提供参考经验。
2022 Vol. 41 (9): 237-243 [
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244
基于拓扑布置的超高层建筑TTMDI风致振动控制
>路畅，李春祥，曹黎媛
为解决超高层建筑在强风作用下遭受涡旋脱落的影响可能会出现大幅振动问题，提出将高性能串并联调谐质量阻尼器惯容器 (Tuned Tandem Mass Dampers‐Inerters, TTMDI) 系统用于超高层建筑横风向风致振动控制。在频域内，推导出超高层建筑-TTMDI系统的峰值响应公式，进而定义优化准则，并采用模式搜索法进行控制装置参数寻优。以某超高层建筑为例，考虑TTMDI系统的不同拓扑形式和总惯容质量比，分别从其控制有效性、刚度和阻尼系数、冲程、惯性力和鲁棒性方面，对TTMDI性能进行评估，并与调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)，串并联调谐质量阻尼器(Tuned Tandem Mass Dampers, TTMD)和调谐质量阻尼惯容器(Tuned Mass Damper‐Inerter, TMDI)进行了比较。数值结果表明：TTMDI具有更好的风致振动控制有效性和鲁棒性。此外，当拓扑或总惯容质量比增大到一定程度时，TTMDI只需要一个连接阻尼；而且，TTMDI系统对总阻尼的需求不到TMDI系统的一半，更易于实现。
2022 Vol. 41 (9): 244-252 [
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253
一种带宽优化选取的ATF方法及其在齿轮故障诊断中的应用
>陈向民，黎琦，张亢，段萌，牛晓瑞，李录平
自适应时变滤波(Adaptive time-varying filtering，ATF)方法是一种基于数据驱动的非平稳信号处理方法，可有效分离变转速下的齿轮故障信号。但在ATF方法中，滤波带宽的选取需依据经验人为选取，具有较大的主观性。因此，针对ATF方法中滤波带宽的自适应优化选取，以齿轮啮合阶次与其临近阶次的能量比作为指标，提出了一种基于带宽优化选取的ATF方法。该方法先采用线调频小波路径追踪算法估计齿轮故障信号中的瞬时频率，然后设置不同的滤波带宽值构建自适应时变滤波器，再对滤波后的信号进行阶次分析，并计算齿轮啮合阶次与其临近阶次的能量比，最后挑选出最佳能量比所对应的滤波带宽作为最优带宽值来对信号进行滤波分析，进而诊断齿轮故障。对变转速下的齿轮局部故障进行了仿真和实例分析，并将之与集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）方法对比，结果表明，该方法不仅可自适应选取滤波带宽，减少滤波误差，而且能有效提取齿轮故障特征信号，凸显齿轮故障特征。
2022 Vol. 41 (9): 253-259 [
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260
基于共线混频的粘接界面固化非线性超声评价
>苑博1，税国双1，汪越胜1,2
共线混频法是一种非常有效的非线性超声检测方法。该方法是利用两列波在介质中的非线性相互作用特性，实现对材料力学性能的无损检测与评价。首先利用有限元软件ABAQUS，对粘接胶层中含随机分布微裂纹的模型进行了共线混频数值模拟，得到了共振波幅值随胶层微裂纹数的变化情况。随后以6061铝合金/改性丙烯酸酯胶/6061铝合金粘接试件为研究对象，采用共线横波和纵波混频检测技术，实验研究了共振波幅值随粘接界面固化时间的变化情况。结果表明，共振波幅值与粘接胶层中随机分布的裂纹数、粘接试件的固化时间之间存在一定的内在联系。随着裂纹数的增加，共振波幅值不断减小；随着固化时间的增加，共振波幅值不断增大，直到固化完成其大小趋于稳定。因此，利用共线混频技术可实现对粘接界面固化过程的有效监测和评价。
2022 Vol. 41 (9): 260-266 [
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267
冻融和热冲击循环作用后红砂岩SHPB试验和本构模型研究
>张蓉蓉1,2,3，经来旺1,2,3,4，马冬冬1,2,3
为研究冻融（F-T）循环和热冲击（T-S）循环对红砂岩动态力学性能的影响，利用直径50 mm的分离式Hopkinson压杆试验装置，对长径比为0.5的红砂岩试件开展F-T循环和T-S循环后的冲击压缩试验，对比分析了F-T循环和T-S循环次数对红砂岩动态力学参数和微观结构的影响。试验结果表明，红砂岩的动态应力-应变曲线可分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段；其纵波波速、干密度、动态峰值应力、弹性模量、平均破碎块度均随循环次数的增加逐渐下降，而孔隙率、峰值应变、吸收能、比能量吸收值、质量分形维数则逐渐增大；通过对比岩石微观形貌特征发现，相同循环次数条件下，T-S循环对红砂岩内部的损伤程度较F-T循环更加明显；基于黏弹性朱-王-唐模型，建立了能够考虑F-T/T-S循环损伤的红砂岩动态本构模型，通过对比模型和试验得到的动态应力-应变曲线，验证了模型的准确性和适用性，该模型能够较好地反映冲击荷载作用下F-T/T-S循环后红砂岩的动态强度和变形特性。
2022 Vol. 41 (9): 267-275 [
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276
能量等效大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载
>李玉学1,2,3，冯励睿1，李海云1,2,3，田玉基4
针对大跨屋盖结构风效应静力等效分析中需要考虑多响应目标问题，与脉动风振响应背景分量、共振分量及其二者耦合项分量（简称三分量）相对应，提出一种大跨屋盖结构三分量多目标等效静力风荷载分层分析方法。首先，基于能量等效，考虑结构所有节点响应，分别推导了三分量多目标等效静力风荷载表达式。其次，根据三分量响应能量对脉动风振总响应能量的贡献程度，定义三分量能量贡献系数，据此系数实现大跨屋盖结构三分量响应层次划分，并针对不同层次结构，制定了相应的总等效静力风荷载组合求解方法。最后，以北京奥林匹克公园网球中心赛场屋盖结构为例，对其三分量响应层次划分，根据划分结果，组合得到结构总等效静力风荷载，同时对总等效静力风荷载作用下的结构静力响应与频域分析所得目标响应进行对比，发现二者吻合较好，能够满足实际工程要求，说明所提方法有效且具有工程应用价值。
2022 Vol. 41 (9): 276-282 [
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283
反平面波在一维液体饱和多孔声子晶体中的传播特性
>张书燕1，王艳锋2
基于Biot理论和Bloch理论，研究了反平面波在一维液体饱和多孔声子晶体中的传播特性。求解了液体饱和多孔介质中反平面波的波动方程;利用界面应力-位移连续条件得到了相邻单胞的传递矩阵,将传递矩阵和Bloch理论相结合计算了单胞的复能带结构；并且利用刚度矩阵法计算了声子晶体的响应谱。分析了液体粘度系数、孔隙率和材料组分比对反平面波传播特性的影响。结果表明：随着粘度系数的增大，复能带的虚部先增大后减小，相应的传输先减弱后增强，复能带的实部在布里渊区边界处先变光滑后又变尖角。这些现象与粘性对快纵波的影响是一致的。随着孔隙率的增大，两种多孔介质的密度差变大，导致带隙变宽，带隙内的衰减增强；与快纵波不同的是高频通带对应的虚部仍然为零，这是由于反平面波和慢纵波之间不会发生相互作用。减小材料组分比发现第一条带隙变宽，带隙内的衰减增强，然而第二条带隙先变宽再变窄，带隙内的衰减先增强后减弱。估算的带隙中心频率值和数值结果基本一致。
2022 Vol. 41 (9): 283-289 [
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290
高耸烟囱风致振动的TPIMS减振数值分析
>杨涵1，刘仰昭1，戴靠山1,2,3，丁志斌1，尹业先4
以某高耸烟囱为工程背景，提出了一种预测三维烟囱涡振响应的新方法，通过该方法可有效避免复杂的公式推导与数值计算；通过连续随机离散流技术（consistent discrete random inflow generation，CDRFG）模拟紊流风场，建立两种减振系统的有限元模型，计算对比惯容减振系统（Tuned parallel inerter mass system, TPIMS）与调谐质量阻尼器（tuned mass damper，TMD）的风致振动减振效率。结果表明：新的预测方法能够较为准确地预测出三维烟囱的涡振响应；基于相同质量比，惯容减振系统相比TMD有更高的减振效率，但其存在质点行程过大的问题，需要在具体工程设计中加以关注。
2022 Vol. 41 (9): 290-298 [
摘要
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299
考虑不同踏步高宽比的行人上下楼梯荷载试验研究
>张尧1,2，宋志刚1
为获得上下楼梯人致荷载模型，研究楼梯踏步高宽比对人行荷载的影响，在三种不同踏步高宽比（1:1.6，1:2.0和1:2.3）的楼梯上，利用无线惯性测量装置开展了人致荷载观测，获得了27名被测者在1.6~4.4Hz步频范围内上下楼梯的1500条荷载时程。通过快速傅里叶变换得到相应荷载频谱，统计分析动载因子(dynamic load factors，DLF)随步频的分布规律及特征，进一步计算了三种楼梯动载因子的相对偏差。结合上述分析，给出了上行和下行楼梯时人致荷载各阶动载因子的统计模型并重构荷载时程的相位角，发现楼梯踏步高宽比不同导致的动载因子偏差在30%范围内。
2022 Vol. 41 (9): 299-307 [
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