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文章快速检索     高级检索 2022年 41卷 19期 刊出日期：2022-10-15 论文        论文 1 基于机器视觉与无人机的结构动位移测量方法 >韩怡天1，冯东明1,2，吴刚1,2 针对基于视觉的结构位移测量方法中相机分辨率不足或测量基站位置选取困难等局限，提出一种结合机器视觉与无人机的结构动位移测量方法。以静止激光灯投射在结构表面的激光光斑为参考，设计算法自动检测目标测点和激光光斑位置，逐帧计算并更新比例因子，估计并消除无人机自身的运动，从而计算目标测点的绝对位移；为验证该方法的准确性，设计一个小型框架模型试验，随后又将此方法应用于大型地震模拟振动台试验。结果表明，利用无人机进行视觉测量得到的位移响应与激光位移计和加速度计测得的参考数据具有良好的一致性，在结构动位移测量和模态参数识别上均能较好地应用。 2022 Vol. 41 (19): 1-7 [摘要] ( 255 ) HTML (1 KB)  PDF (1855 KB)  ( 73 ) 8 不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动影响机理研究 >李小珍1,王渝文1,胡启凯1,王党雄2 为研究不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向振动特性的影响，建立中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动模型。以25m、30m、35m三种典型跨径的混凝土简支梁为研究对象，对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向振动特性进行分析。结果表明：建立的耦合振动数值模型可靠；随着简支梁跨径增加，桥梁竖向动挠度增加，而竖向加速度减小；车体和悬浮架的竖向动位移和加速度均随着简支梁跨径的增加而减小，悬浮架竖向加速度的优势频段集中在0-30Hz和50-80Hz，车体整体表现为低频振动（0-15Hz）；悬浮间隙和悬浮力的波动范围随着简支梁跨径增加而减小；不同跨径会改变桥梁竖向加速度的频谱分布特性；磁浮线路可根据需要，在满足静力安全服役的前提下，灵活选择简支梁跨径，最大程度节约工程造价。 关键词：中低速磁浮列车；简支梁；不同桥跨；耦合振动；模型验证 2022 Vol. 41 (19): 8-15 [摘要] ( 85 ) HTML (1 KB)  PDF (3199 KB)  ( 15 ) 16 多源激励下坦克行进间火炮身管动态弯曲问题研究 >陈宇1，杨国来2，刘金锋1，周宏根1 路面随机激励和弹炮接触力等多源激励下坦克炮身管动态弯曲问题是目前制约坦克行进间射击精度的关键因素，本文通过谐波叠加法及改进的L-N接触碰撞算法表征路面随机激励和弹炮接触力等多源激励影响。基于动态联合仿真方法，建立了考虑身管柔性的坦克行进间机电液耦合动力学模型，计算并分析了多源激励下坦克行进间射击过程中的身管动态弯曲问题。研究结果表明：坦克行进间射击时，身管动态弯曲受弹炮耦合作用影响较小，其主要是自重与路面激励耦合影响下的综合表现。在对高速机动坦克射击精度误差进行修正时，应该综合考虑身管动态弯曲造成的影响。 关键词：坦克炮；路面激励；弹炮耦合；身管弯曲；炮口振动 2022 Vol. 41 (19): 16-21 [摘要] ( 104 ) HTML (1 KB)  PDF (1846 KB)  ( 27 ) 22 轴颈倾斜下船用复合衬层艉轴承混合润滑特性分析及结构优化 >吕芳蕊1，2，饶柱石2，王珏1 船用艉轴承支撑着悬伸于船外的螺旋桨轴，由于螺旋桨的重力作用，其轴颈中心线不再平行于轴承孔中心线，而是在竖直平面内发生倾斜。轴颈倾斜使轴承膜厚及压力沿轴向不再均匀分布，显著降低轴承承载能力，使之处于混合润滑状态，且易导致碰磨、严重磨损甚至轴瓦烧焦等问题，严重危害轴系服役安全。为提高轴颈倾斜下水润滑艉轴承的性能，改善压力分布，本文提出了一种采用复合衬层的轴承设计方法，以高分子材料作为承载表面，在高分子承载层与金属外壳之间加入橡胶层，橡胶层为等厚或非等厚结构。在此基础上建立了复合衬层水润滑轴承的混合润滑模型，分析了单一衬层结构、等厚复合衬层结构及非等厚复合衬层结构下的轴承性能。结果表明，对于处于混合润滑状态的水润滑轴承，复合衬层改善了压力分布、降低了摩擦系数和混合润滑状态过渡到流体动力润滑状态时的转速，而非等厚复合衬层对润滑性能具有更显著的改善作用。总结得到非等厚复合衬层轴承最优橡胶层厚的拟合公式，并给出了公式的适用范围，公式形式简洁，便于应用于轴承设计计算。相关工作为船用轴承优化设计和承载能力提升提供了新思路。 关键词：船用艉轴承；轴颈倾斜；混合润滑；结构优化 2022 Vol. 41 (19): 22-29 [摘要] ( 84 ) HTML (1 KB)  PDF (2345 KB)  ( 17 ) 30 考虑带宽修正的大跨屋盖结构非高斯风压极值估计方法 >闫渤文1，魏民1，刘敏1，刘堃2，李正良1，周绪红1,3 针对大跨屋盖结构表面风压宽频谱特性与极值风压估计方法问题，本文提出了一种基于带宽修正的高斯转化法求解非高斯风压峰值因子。结合大跨屋盖结构风洞试验，采用本文提出的方法和现有极值风压评估方法对大跨屋盖结构表面极值风压开展了系统的对比验证研究。结果表明：高斯峰值因子法估算的大跨屋盖结构表面风压峰值因子明显偏离了非高斯风压的峰值因子；忽略带宽参数的Hermite矩模型高估了非高斯风压的峰值因子；相对于修正带宽的Hermite矩模型和目标概率法，本文提出的修正带宽高斯转化法与Sadek-Simiu法估计的大跨屋盖结构风压峰值因子更为准确，与试验观测值整体上最为接近，但本文提出的修正带宽高斯转化法得到的结果误差及离散性均较小，能够高效合理地提供大跨屋盖结构表面非高斯风压峰值因子。 关键词：大跨屋盖结构；非高斯风压；带宽参数；峰值因子；风洞试验 2022 Vol. 41 (19): 30-36 [摘要] ( 92 ) HTML (1 KB)  PDF (2343 KB)  ( 20 ) 37 地震动空间差异对沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统响应影响研究 >李闯1，宋志强1，王飞1，刘云贺1，张存慧2 地震动的空间差异性往往对结构-地基系统的响应具有显著影响。从地震动差异形成的物理机制出发，基于二维设计地震动确定入射P波、SV波时程，在波动输入模型基础上引入地震动组合效应构建了空间非一致地震动场，建立了空间差异地震动的波动输入模型。进一步研究了地震动场空间一致输入和非一致输入下沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统的地震响应。结果表明，非一致地震动场输入模型获得的地表自由场控制点位移水平和竖直分量均与设计地震动吻合良好，能够在考虑地震动空间相关性基础上模拟地震波传播的时间滞后、幅值变化和时程形状差异等空间差异特征。与一致输入相比，非一致输入下覆盖层建基面水平向和竖直向加速度分布方差最大增大341%和50%。地震动的空间差异引起心墙竖向应力和剪应力峰值最多增加198%和51.9%。坝顶加速度和永久变形平均值均有所增加，最大结果分别增加25.53%和13.06%。传统的一致波动输入方法可能会低估结构地震动响应，分析沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统的地震响应有必要考虑地震动的空间差异性。 关键词：空间差异地震动；地震波组合；非一致输入；沥青混凝土心墙土石坝；地震响应 2022 Vol. 41 (19): 37-47 [摘要] ( 75 ) HTML (1 KB)  PDF (3509 KB)  ( 39 ) 48 万向接轴附加动态弯矩下板带轧机垂扭耦合振动特性研究 >侯东晓1，陈善平1，方成1，时培明2，王新刚1 考虑轧机万向接轴倾角产生附加动态弯矩影响，建立了万向接轴倾角影响下板带轧机垂扭耦合振动模型。采用多尺度法得到该轧机耦合系统的主共振幅频方程。并采用奇异性理论分析了该耦合振动系统的分岔特性，得到了系统的转迁集及不同分岔形态的条件。最后采用1780轧机实际参数，分析了接轴倾角、轧制力参数、接轴扭转刚度以及外扰力等对轧机垂直和扭转方向主共振幅频特性的影响，为进一步抑制轧机振动提供理论参考。 关键词：万向接轴倾角；板带轧机；附加动态弯矩；垂扭耦合；主共振 2022 Vol. 41 (19): 48-54 [摘要] ( 69 ) HTML (1 KB)  PDF (1751 KB)  ( 35 ) 55 复合多尺度反向散布熵在轴承故障诊断中的应用 >陈焱，郑近德，潘海洋，童靳于 滚动轴承发生故障时，其振动信号往往表现出非线性和非平稳特征。反向散布熵（Reverse Dispersion Entropy，RDE）能够有效衡量振动信号的复杂性变化和非线性动力学突变行为，但是单一尺度的RDE值并不能完全反映振动信号的复杂性和非线性特征。对此，受多尺度熵启发，同时针对传统多尺度粗粒化方式的不足，提出了复合多尺度反向散布熵（Composite Multi-scale Reverse Dispersion Entropy，CMRDE）。通过仿真信号分析，将CMRDE与多尺度反向散布熵（Multi-scale Reverse Dispersion Entropy，MRDE）和RDE进行了对比，结果表明：CMRDE不仅能反映不同尺度下信号复杂度的差异，且变化更平缓、波动更小。在此基础上，将CMRDE应用于滚动轴承故障特征提取，提出了一种基于CMRDE、集合经验模态分解和布谷鸟搜索算法优化支持向量机的滚动轴承故障诊断方法。将所提方法应用于滚动轴承实验数据分析，并通过与现有方法进行对比，结果表明：相较所对比的方法，所提方法能有效识别轴承故障类型，提取的故障特征误差更小、故障识别率更高。 关键词：反向散布熵；复合多尺度反向散布熵；滚动轴承；故障诊断 2022 Vol. 41 (19): 55-63 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB)  PDF (3083 KB)  ( 54 ) 64 基于非线性能量阱的桥梁振动能量采集装置的适用性研究 >杨兴森1，李照宇2，王绍华2，豆银玲1,3，占玉林1，赵人达1 非线性能量阱(Nonlinear energy sink, NES)作为一种经典的振动控制技术，近几年在一些研究中被创新性地与振动能量采集技术相结合，取得了一系列的进展。对于桥梁结构健康监测系统而言，传感器的供能问题一直有待改善。探究基于非线性能量阱的振动能量采集装置在桥梁结构上的适用性，对于桥梁结构振动能量采集的相关应用具有重要的理论意义和实用价值。以铁路简支梁桥为例，进行了针对基于NES的桥梁振动能量采集装置的适用性的讨论。首先，测试与表征了NES装置的力学特性和系统参数。之后，运用车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学理论和有限元法，评估了不同初始激励条件下NES装置的动态响应及其能量采集效果。结果表明，安装于桥梁结构上的NES装置具有弱线性刚度和强非线性刚度特性，对初始能量大小较为敏感，只有当初始位移达到一定阈值时，NES-桥梁系统中的靶向能量传递(Targeted energy transfer, TET)才会被激发。初始能量低于阈值时，TET无法被激发，NES装置能量采集效率不佳。基于数值分析的结果可知，该NES装置能够在合适的桥梁振动激励下发挥出非线性特性的优势，从而获得良好的能量采集效率。 关键词：桥梁振动；非线性能量阱；压电能量采集；靶向能量传递 2022 Vol. 41 (19): 64-70 [摘要] ( 93 ) HTML (1 KB)  PDF (2426 KB)  ( 25 ) 71 基于非因果滤波和零点法的近断层脉冲型地震动识别方法 >冯俊，赵伯明，赵天次 基于Butterworth非因果低通滤波器和零点法提取地震动速度时程中的脉冲信号，并以脉冲信号中的极值点数量确定滤波器的截止频率。选取666条速度峰值大于30 cm/s的近断层地震记录作为训练数据，以脉冲信号的相对能量和幅值作为量化指标，给出了单脉冲型和双脉冲型地震动的识别标准。还提出了以最显著脉冲信号的持续时间为依据的脉冲周期计算方法。通过与既有方法比较表明：基于Butterworth非因果低通滤波器和零点法的脉冲提取方法的拟合效果较好，可用于提取非对称脉冲信号和双脉冲信号；提出的定量识别标准可以有效地识别单脉冲型和双脉冲型地震动；所提的脉冲周期计算方法可以用于确定单脉冲型和双脉冲型地震动的脉冲周期。 关键词：近断层地震动；脉冲型地震动；速度脉冲；脉冲周期；定量识别 2022 Vol. 41 (19): 71-79 [摘要] ( 80 ) HTML (1 KB)  PDF (2984 KB)  ( 34 ) 80 湿热环境下反对称正交铺设双稳态扁壳的建模与非线性振动响应研究 >张博宇，张伟 首先，对湿热环境下的反对称正交铺设双稳态扁壳进行了非线性动力学建模。在经典壳理论的基础上，考虑温度和湿度的影响，在本构方程中加入热膨胀系数和湿膨胀系数。其次，联立相容方程和动力平衡方程以建立模型，得到了反对称正交铺设双稳态扁壳的偏微分运动控制方程。最后应用Galerkin方法对系统偏微分运动控制方程进行三阶离散，得到了三自由度的常微分运动控制方程。通过双稳态系统在主共振 接近于 ，内共振为1: 2: 2条件下的六维极坐标系和直角坐标系下的平均方程，得到了外激励幅值变化对反对称正交铺设条件下双稳态系统的非线性动力学特性的影响规律。 关键词：反对称正交铺设；双稳态壳；伽辽金离散；非线性动力学 2022 Vol. 41 (19): 80-89 [摘要] ( 55 ) HTML (1 KB)  PDF (1959 KB)  ( 28 ) 90 振动测点位置对离心泵空化敏感性研究 >张宇航1，董亮1，宋礼威2 振动信号常用于对离心泵内空化现象的检测中。为了更加准确地捕捉离心泵内空化发展状态，并探究空化对离心泵不同位置振动信号的影响，以一台单级离心泵为例，对不同空化阶段的离心泵振动信号进行了研究。通过计算空化初生及离心泵扬程下降3%时各测点振动加速度级变化率，对各测点振动信号对空化的敏感性进行了分析；通过1/3倍频程将振动信号划分为多个频段，分析了不同频段振动信号对空化的敏感性。结果表明：隔舌测点与进口法兰Y测点对离心泵内初生空化及严重空化均表现出了较高的敏感性，可应用于对离心泵内空化现象的研究中；轴承座Z测点与进口法兰Z测点对泵内空化现象的敏感性较低，不适合应用于对空化现象进行研究。 关键词：离心泵；空化；振动分析 2022 Vol. 41 (19): 90-97 [摘要] ( 119 ) HTML (1 KB)  PDF (4124 KB)  ( 37 ) 98 蜂窝铝夹芯板抗侵彻性能研究 >袁浩1,2，任凯1,2，任晓鹏3，杨丽3，张银3，付建平1,2，陈智刚1,2 为探究蜂窝铝夹芯板的抗侵彻性能，对Ø6mm钨球侵彻蜂窝铝夹芯板进行了试验研究，得到弹道极限速度为169m/s；为了进一步比较侵彻蜂窝铝夹芯板抗侵彻规律，使用LS-DYNA进行数值模拟，将不同形状破片侵彻蜂窝铝夹芯板与间隔铝靶进行分析比较，并通过数值模拟与改进后的De Marre公式对2A12等效靶厚度计算结果进行了对比分析，结果为：抗球形破片侵彻最差，夹芯层可增加靶板约18% 的强度；数值模拟的等效2A12铝靶厚度为1.30mm，理论计算为1.33mm，相对误差在5%以内，可以满足工程计算要求。研究结果可为反卫星和反航天目标战斗部的设计提供一定的参考。 关键词：蜂窝铝夹芯板；极限穿透速度；数值模拟；De Marre公式；等效靶； 2022 Vol. 41 (19): 98-103 [摘要] ( 74 ) HTML (1 KB)  PDF (2034 KB)  ( 27 ) 104 基于附加质量块的桥梁模态挠度预测方法研究 >亓兴军1，孙绪法1，王珊珊2，曹三鹏1 以16m跨径空心板单梁为研究对象，研究基于附加质量块的质量归一化方法和模态柔度法测试预测桥梁模态挠度的准确性和工程可行性。基于环境激励测试16m单梁在施加质量块前后的模态参数，提出包含相对频率改变平方项的振型质量归一化计算方法，预测单梁在多级竖向静力荷载作用下的模态挠度，将模态挠度与实测静挠度进行比较，研究8种附加质量工况下单梁模态挠度的测试预测精度，分析附加质量占比以及质量块的数量对预测精度的影响，分析传感器数量对模态挠度预测精度的影响。结果表明，在环境激励下，5个传感器与8个传感器模态挠度预测精度基本一致，满足工程精度要求；基于附加质量块预测的模态挠度可代替实测弹性静挠度，进而评估桥梁的实际刚度状态；附加质量块质量占梁体总重10%左右时，模态挠度的预测相对误差在8%以内，预测精度较高，在实际工程应用中，可适用于其他跨径桥梁；在附加质量块占比相同的情况下，多个小质量快的模态挠度预测精度优于大质量块；仅利用单梁前两阶竖向模态即可获得较为精确的模态挠度。 关键词：桥梁结构；附加质量；柔度矩阵；振型质量归一；模态挠度 2022 Vol. 41 (19): 104-113 [摘要] ( 68 ) HTML (1 KB)  PDF (3537 KB)  ( 15 ) 114 基于CEEMD-LSTM的离心泵偏工况诊断方法研究 >刘荣伟1，何伟挺2，汪琳琳1，杨帅1，武鹏1，吴大转1 离心泵在各行业中应用十分广泛，耗电量巨大。离心泵偏工况运行时，内部流动会趋于紊乱，导致效率下降，能耗上升。本文针对离心泵偏工况振动信号变化微弱和强干扰的特点，采用双通道信息融合，利用互补集合经验模态分解，对振动信号进行时序特征提取，结合长短时记忆模型智能识别，构建离心泵偏工况诊断模型。仿真信号对比不同预处理方法，凸显了互补集合经验模态分解模型的特征提取能力；验证了工况状态与低频振动信号的相关性，经过实验数据对比分析，进一步验证了模型优越性，测试准确率达98.5%。该方法可以监测离心泵运行工况，保证运行效率。 关键词：偏工况；互补集合经验模态；长短时记忆模型 2022 Vol. 41 (19): 114-121 [摘要] ( 75 ) HTML (1 KB)  PDF (2476 KB)  ( 34 ) 122 基于滞回非线性基座结构的舰船低频线谱重构试验研究 >武国勋1,2，贾星光2，张宇1,2，王嘉瑞2，姚熊亮2 针对舰船振动噪声低频（100Hz以下）线谱重构问题，提出了一种含半主动作动元件（磁流变阻尼器）的滞回非线性基座结构，并给出了基于MRD电流调节的舰船振动低频线谱重构方法。首先，基于Bouc-Wen滞回非线性模型建立起了新型基座结构的运动方程并开展了数值仿真分析，发现MRD的引入在使基座振动出现了分岔、混沌特征，这为舰船振动线谱重构奠定了理论基础；为进一步验证所提滞回非线性基座的低频线谱重构效果，搭建了缩比模型试验平台并开展了线谱重构试验。试验结果表明：40组工况中线谱幅值降低效果平均达到49.8%，最大可达90.7%。 关键词：滞回非线性；低频线谱；基座；线谱重构 ；试验研究 2022 Vol. 41 (19): 122-128 [摘要] ( 71 ) HTML (1 KB)  PDF (2399 KB)  ( 21 ) 129 组合复信号的相位差法频率估计 >罗久飞，郑明轩，李靖 在随机噪声的干扰下，传统的时移相位差校正算法的抗噪声性能可通过增大时移长度来提升。然而，随机噪声的影响、谱线定位错误以及过长的时移均可能引入相位绕卷问题，从而导致较大的估计误差，这大大限制了传统算法的估计精度。针对这一问题，研究了造成相位绕卷的主要因素，并分析其对时移相位差法频率估计的影响。为进一步提高频率估计的精度，提出了一种组合复信号的相位差校正方法。仿真结果表明，与几种传统的相位差算法相比，组合复信号的相位差法可实现长时移下的频率估计，且具有良好的抗噪声性能。 关键词：相位差法；相位绕卷；频率估计；时移系数 2022 Vol. 41 (19): 129-135 [摘要] ( 87 ) HTML (1 KB)  PDF (1513 KB)  ( 14 ) 136 冲击作用下煤岩动态破坏机理的FDEM模拟研究 >程树范1，高睿1，曾亚武1，张嘉凡2，陈世官3 为研究煤岩的动态破坏规律，利用Φ50mm分离式霍普金森压杆（SHPB）装置，开展了煤岩冲击破坏实验；基于零厚度的内聚力单元建立了煤岩有限离散元（FDEM）模型，标定了模型参数；最后在LS-DYNA软件平台上模拟了SHPB冲击实验，讨论了FDEM模型在模拟动态破坏时的适用性，并对煤岩的破坏过程进行分析。研究表明：(1) 煤岩动态抗压强度与应变率满足经验关系，当应变率为98.05s-1、119.22s-1和135.85s-1时其动态强度因子（DIF）分别为1.92、2.08和2.23；(2) 冲击作用下煤岩的弹性变形阶段较短，塑性变形能力较强，动态弹性模量的应变率相关性不显著；(3) FDEM模型通过零厚度内聚力单元的失效能够模拟岩石类材料的脆性破坏，当网格尺寸合理时，由于惯性效应的存在，通过准静态试验标定的模型参数，也适用于冲击破坏的模拟；(4) 冲击作用下煤岩的破碎程度与冲击速度正相关，其破坏形式表现为压缩波引起的局部剪切破坏和泊松效应导致的整体张拉破坏。 关键词：冲击破坏；应变率相关性；分离式霍普金森压杆；有限-离散元方法；内聚力模型 2022 Vol. 41 (19): 136-143 [摘要] ( 117 ) HTML (1 KB)  PDF (2763 KB)  ( 43 ) 144 基于稀疏滤波和长短期记忆网络的旋转机械故障诊断方法 >李益兵1,2，曹睿1，江丽1,2 针对原始振动信号不可避免的包含多余噪声问题，提出一种基于稀疏滤波(Sparse Filtering, SF)和长短期记忆网络(Long and Short Term Memory network, LSTM)相结合的旋转机械故障诊断模型，该模型利用快速傅立叶变换将原始时域信号转换成频域信号，再通过SF提取低维故障特征，并将其输入到LSTM堆叠分类器中识别旋转机械故障状态。用轴承和齿轮振动信号为例开展实验研究，并与Softmax、深度神经网络(Deep Neural Networks，DNN)、支持向量机(Support Vector Machine, SVM)、降噪自编码器(Denoising Auto-Encoder，DAE)等方法进行实验对比，结果表明本文所提方法不仅在噪声环境下具有更高的准确率和鲁棒性，而且针对数据不平衡集的诊断也能达到98%以上的准确率。 关键词：旋转机械；特征提取；稀疏滤波；长短期记忆网络；故障诊断 2022 Vol. 41 (19): 144-151 [摘要] ( 63 ) HTML (1 KB)  PDF (3249 KB)  ( 23 ) 152 相减策略的含噪多频实信号频率估计算法 >陈鹏1,2，刘春华2，沈廷鳌3，乐开白2 为抑制频谱泄漏对多频实信号频率估计的影响，提出一种新的频率估计算法。首先，利用FFT法和相减策略对采样信号进行处理，逐步得到各分量的频谱最大值索引，以及各分量频谱偏移量和复幅值粗略值；其次，构造包含所有非待估计频率分量的参考信号，利用相减策略从采样信号中减去参考信号，得到待估计的单频复信号，并对其频谱进行两点插值计算，得到该分量较精确的频谱偏移量和复幅值；然后，通过相减策略和频谱分析，逐步得到所有分量较精确的频谱偏移量和复幅值；最后，通过迭代计算得到各分量精确的频率估计值。同时，可得到各分量精确的幅值和初相位。在无噪声、不同频率间隔等条件下进行了频率仿真实验。结果表明：所提算法有效抑制了频谱泄漏的影响，提高了多频实信号的频率估计精度，频率估计值的均方误差比其他优秀算法更靠近克拉美罗下限。 关键词：频率估计；相减策略；频谱泄漏；多频实信号 2022 Vol. 41 (19): 152-156 [摘要] ( 67 ) HTML (1 KB)  PDF (1030 KB)  ( 29 ) 157 往复荷载作用下钢管混凝土格构式柱地震损伤模型及试验研究 >黄志1，2,谌湘文1,蒋丽忠3,周旺保3,熊陆增1,戚菁菁1 为了解巨型组合结构体系中钢管混凝土格构式柱的地震损伤情况，通过对4根四肢钢管混凝土格构柱低周往复荷载试验，得出了四肢钢管混凝土格构柱在低周往复荷载下的破坏形态和构件损伤特征。在试验分析基础上，对经典的Park-Ang损伤模型进行了修正，提出了适用于四肢钢管混凝土格构柱的损伤指数和耗能因子计算公式；并根据试验现象和各阶段特征，选取了经典的Park-Ang损伤模型、基于能量的损伤模型和改进的Park-Ang模型进行了对比研究。结果表明：改进的Park-Ang模型能较好的判断四肢钢管混凝土格构柱的损伤程度，且通过损伤值可将构件损伤划分为是否可修、不可修但未破坏和不可修且将破坏三个阶段，并以损伤值0.4作为划分试件是否可修的界限。 关键词：四肢钢管混凝土格构柱；Park-Ang模型；试验研究；地震损伤模型；抗震性能 2022 Vol. 41 (19): 157-163 [摘要] ( 80 ) HTML (1 KB)  PDF (1747 KB)  ( 22 ) 164 内部含不连续的变截面梁自由振动分析 >顾业清，常婷婷，鲍四元，沈峰 针对带有内弹簧的变截面欧拉梁受轴压载荷的自由振动问题，提出一种根据改进傅里叶级数和伽辽金法研究其振动特性的策略。在梁两端分别设置弹簧以模拟任意边界，包括横向位移弹簧和旋转约束弹簧。梁内部的不连续变形条件也通过设置横向及旋转弹簧的刚度系数来实现。具体计算过程中，首先建立振动位移的容许函数，其中的辅助多项式由端部函数值及导数值得到具体的形式。然后采用伽辽金法处理梁的自由振动控制微分方程，把振动问题转化为矩阵特征值问题。最后进行数值仿真验证，仿真中当边界条件和跨中弹性弹簧改变时需通过改变弹簧刚度系数，以改变系统的质量矩阵和刚度矩阵，可得到其振动特性。数值结果表明，本文的方法简便合理，具有较好的推广价值。 关键字：欧拉梁；内部不连续；改进傅里叶级数；自由振动 2022 Vol. 41 (19): 164-171 [摘要] ( 76 ) HTML (1 KB)  PDF (1049 KB)  ( 37 ) 172 不同构型的螺旋槽底动压气体止推轴承性能的比较分析研究 >李云龙，董志强 基于螺旋槽动压气体止推轴承的承载原理，利用台阶流原理，为了进一步优化轴承特性，增加轴承的承载力和支撑刚度。本文改进了两种凸、凹槽型结构与平底螺旋槽动压气体止推轴承进行比较，通过采用CFD软件对计算区域进行了数值模拟，用理想空气作为试验气体，分析比较了三种不同槽底气体轴承的气膜压力、径向速度、气膜切向力、承载力、摩擦阻力与摩擦功耗，结果显示了凸型槽底的轴承的承载力随着转速的提升增大程度要大于其他两种槽型，摩擦力、摩擦系数与摩擦功耗也远大于其他两种槽型。 关键词：槽型；气膜；压力；径向速度；承载力；摩擦力；摩擦功耗 2022 Vol. 41 (19): 172-178 [摘要] ( 92 ) HTML (1 KB)  PDF (2494 KB)  ( 41 ) 179 一种基于双向长短期记忆结构与多尺度卷积结构融合的轴承智能故障诊断方法 >欧阳励,何水龙,朱良玉,胡超凡,蒋占四 轴承作为旋转机械中最易损耗的核心基础部件之一，是机械装备的重点监测对象。针对现有轴承智能故障诊断模型存在的对数据信息挖掘片面性及利用率低等问题，本文构建了一种基于双向长短期记忆（Bidirectional Long Short-term Memory）结构与多尺度卷积结构融合的深度学习网络模型。首先，为了增强模型的分类性能以及提高模型对实际工程环境的贴合度，数据集中各类故障数据的数据量为非等量；然后将数据集通过双向LSTM结构来获取具有对称性的数据特征，从而减少模型对前后故障信息记忆的紊乱、增强信息利用率，接着通过多尺度卷积结构对数据特征进行多角度理解与交流，防止特征提取片面化，同时还能增强模型的抗噪性能；最后通过全连接网络实现智能分类。将所提模型分别对深沟球轴承与圆柱滚子轴承故障数据进行处理分析，结果表明该智能模型具有较高的准确度与实用性。 关键词：双向长短期记忆；多尺度卷积；深度学习；轴承智能故障诊断 2022 Vol. 41 (19): 179-187 [摘要] ( 51 ) HTML (1 KB)  PDF (2722 KB)  ( 18 ) 188 基于多尺度分析的平纹机织复合材料贴补结构抗冲击性能研究 >皮晓璠，铁瑛，胡明浩 由于平纹机织复合材料修补结构对冲击荷载下产生的响应具有多尺度的影响，采用多尺度方法建立数值分析模型，对平纹机织和单向铺层复合材料修补结构冲击响应间的差异进行了研究。同时，对不同冲击能量下平纹机织复合材料修补结构的损伤演化和补片形状对结构抗冲击性能的影响也开展了研究。通过建立纤维束微观和代表性单元（Representative volume element, RVE）细观模型，预测细观材料性能，进一步采用局部均匀化方法得到平纹机织复材的宏观交叉层合板等效模型（Equivalent cross-ply laminate, ECPL），完成修补结构多尺度抗冲击损伤性能分析模型构建。利用连续损伤力学模型和三维Hashin准则对冲击过程中修补结构损伤演化进行分析，并通过落锤冲击试验力和能量曲线验证了数值模型的准确性。数值和试验结果表明：平纹机织修补结构较单向层合板修补结构具有更好的抗冲击性能；其冲击损伤主要沿着0/90方向分布，随着冲击能量的提高，主要承力部位由补片转移到母板；当冲击能量达到12 J时，胶层开始出现失效脱落现象；圆形补片修补的平纹机织结构具有更好的抗冲击性能。 关键词：平纹机织复合材料；贴补修补；损伤演化；补片形状；抗冲击性能 2022 Vol. 41 (19): 188-197 [摘要] ( 74 ) HTML (1 KB)  PDF (3754 KB)  ( 45 ) 198 基于一维深度残差收缩网络的汇流行星排齿轮裂纹故障诊断 >田钦文1，冯辅周2，李鸣2，陈晓明2，朱俊臻2，胡浩2，宋超2 装甲车辆汇流行星排出现裂纹时，箱体表面振动信号干扰较多，常见的故障诊断方法存在一定的偏差，为此，提出一种利用一维深度残差收缩网络的汇流行星排齿轮裂纹故障诊断模型。其特点是将注意力机制与软阈值化结合，增强有用信息，抑制冗余信息，并将其引入到残差神经网络中，显著提高模型特征提取的能力。为了验证该模型的可行性，采集了行星轮四种不同程度裂纹的振动信号作为样本用于故障诊断。结果表明，针对汇流行星排齿轮箱振动信号该方法可以在更短的时间取得更高的准确率，相较其他方法，可以取得更好的分类结果。 关键词：深度学习;汇流行星排;故障诊断 2022 Vol. 41 (19): 198-206 [摘要] ( 94 ) HTML (1 KB)  PDF (2192 KB)  ( 31 ) 216 复合材料层合板端部压溃试验研究 >黄成航1，沈宇平1，李向前2，王永刚1，潘殿坤1，伍章明1 本文通过对T800复合材料层合板进行一系列的端部压溃试验，重点研究了长度、厚度、铺层顺序、触发角以及胶结压力等因素对复合材料层合板破坏模式和力学性能的影响。通过分析复合材料板在端部压溃过程中的载荷-位移曲线和观察试验样件端部破坏形貌，揭示其破坏机理。结果表明：复合材料平板的端部压溃过程为非稳态脆性断裂模式，而含45°触发角的复合材料层合板的端部压溃过程为层束弯曲破坏模式；在端部压溃试验中复合材料平板压缩强度随着厚度的增加逐渐上升，而长度的增加会减少其压缩强度，同时[45/90/-45/0]3s铺层比[45/0/-45/0]3s铺层拥有更好的抗轴向承载能力；触发角的加入会改变试件在压溃过程中的破坏模式并极大降低试件压溃时的压缩强度，是影响复合材料结构吸能能力的关键因素；最后，研究还发现不同胶结压力下，复合材料层板的力学性能随着胶结压力的增加逐渐提高，但达到一定胶结压力值后，继续增加胶结压力力学性能反而下降。 关键词：复合材料层合板；宏观破坏模式；端部压溃；触发角；胶结压力 2022 Vol. 41 (19): 216-222 [摘要] ( 90 ) HTML (1 KB)  PDF (1988 KB)  ( 39 ) 223 提升小波分形策略在电机轴承电蚀故障特征提取中的应用 >陈彬强1，卿涛1，曹新城1，贺王鹏2，曾念寅1 电蚀是感应电机轴承服役过程中常见的物理现象。电蚀现象的发生使得电机轴承表面更容易发生点蚀剥落等局部损伤。本文提出提升小波分形策略，用于从多成分耦合的振动信号中提取反映轴承故障的冲击性故障特征。该策略通过对经典冗余提升小波包分解产生的相邻子空间进行后处理，生成新的隐小波包尺度，可有效弥补二进小波包分析方法对过渡带区间特征提取能力的不足。通过隐小波包子空间的中心嵌套集合实现了振动信号的中心极化多分辨分析。该方法还能继承冗余提升小波包分解的诸多优良特性（如精确线性相位及平移不变性等），从而进一步增强了振动信号中非平稳冲击特征的分析提取能力。将提出的方法应用于某型号平整机的感应电机轴承振动信号分析，在某个由提升小波分形策略生成的隐小波包子空间中提取了表征轴承机械故障的周期性冲击特征，经停机检修验证该故障特征是由轴承中已经存在的电蚀故障所引发。将所提出方法的特征提取效果与基于双树复小波等的主流分析方法进行对比，验证了提升小波分形策略具有更加全面的轴承故障特征分析能力。 关键词：感应电机；滚动轴承；电蚀；提升策略；隐小波包尺度 2022 Vol. 41 (19): 223-230 [摘要] ( 76 ) HTML (1 KB)  PDF (3102 KB)  ( 23 ) 231 铝粉动态压缩动力学特性研究 >邓永兴1，陆晓霞1，李磊1，徐松林2，苗春贺2 为得到韧性粉末在动态压缩下的力学行为，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对微米级铝粉进行了不同加载条件下的动态压缩实验。利用高速摄像机和红外测温系统(ITMS)分别记录散斑场的发展和动态加载过程中铝粉试样的表面温度。从10-4 s-1到3600 s-1应变率范围内，铝粉应变率效应明显。数字图像相关法(DIC)结果表明，试样整体变形不均匀，压缩前期试样压实由颗粒平动主导，后期转变为颗粒旋转和滑移主导。ITMS结果表明，与固体材料温升特性不同，加载后铝粉试样的辐射温度仍然上升。在铝粉试样中，由于有大量孔隙，颗粒在应力波驱动下加速运动，冲击能转化为颗粒动能，试样进一步压缩后，孔隙减少，颗粒运动受到限制，动能转化为颗粒内能，试样温度升高。 关键词：铝粉；分离式霍普金森压杆；数字图像相关法；红外测温 2022 Vol. 41 (19): 231-236 [摘要] ( 60 ) HTML (1 KB)  PDF (1936 KB)  ( 16 ) 237 填土加筋对悬臂式挡墙地震响应影响的模型试验研究 >魏明1,2，罗强1,2，蒋良潍1,2，王腾飞1,2，张良1,2，连继峰3 为探讨墙后填土加筋对悬臂式挡墙抗震性能的改善效果，开展了缩尺比1:4的悬臂式挡墙及墙后填土加筋的振动台模型试验。采用小震0.11g、中震0.24g、大震0.39g的简谐波激励模型结构，获得加速度、位移、土压力等响应量，分析了填土加筋对模型自振频率和阻尼比的影响，对比了加速度放大系数、振动位移、墙-土相互作用等地震响应差异，讨论了填土加筋的减震效应随加载幅值变化特征。试验表明：填土加筋可提高墙-土体系的整体性、减小振动伤损，自振频率和阻尼比在历经振动后的变化幅度相对未加筋模型更小；加筋措施可使小震和中震下墙体惯性力与地震土压力产生明显相位错峰，大幅降低不利位移状态时墙体承受的地震土压力，但大震下墙体水平位移小于填土，墙-土挤压作用显著，减震效应发挥欠充分。 关键词：悬臂式挡墙；振动台试验；填土加筋；地震响应；减震效应 2022 Vol. 41 (19): 237-247 [摘要] ( 107 ) HTML (1 KB)  PDF (3825 KB)  ( 17 ) 248 蜂窝微穿孔结构的宽频吸声优化设计与分析 >燕山林，吴锦武，熊引，陈杰，李贺铭 单层微穿孔板结构有着吸声频带较窄、吸声性能不佳等缺点。为了提高单层微穿孔板结构的降噪效果，作者依据微穿孔板结构的背腔高度改变时，结构的共振频率会发生移动的特点，结合声电类比原理和粒子群优化算法，从理论模型、仿真计算以及实验测试三方面设计分析了一种拥有宽频高吸声性能的单层蜂窝微穿孔结构，并且从结构相对声阻抗率的实部和虚部入手，对利用不等腔深提高结构吸声性能的原理进行了分析。研究结果表明：结构在1140-3000Hz内的吸声系数均在0.9以上，验证了利用粒子群优化算法设计宽频吸声体的可行性。 关键词：蜂窝微穿孔；腔深；粒子群；优化算法；宽频吸声体 2022 Vol. 41 (19): 248-253 [摘要] ( 84 ) HTML (1 KB)  PDF (1607 KB)  ( 23 ) 254 含齿面剥落缺陷影响的共轴对转轮系振动特性分析 >杜正柱1，许立新1,2，牛坤3 针对某型无人直升机共轴对转主减齿轮箱设计，采用集中参数法建立该齿轮箱中多级斜齿轮传动系统二十五自由度动力学模型，模型中考虑了时变啮合刚度、轴承支承刚度、传动轴扭转刚度以及啮合误差的影响。分析了输入转速和高速级齿轮齿面剥落缺陷尺度、位置对传动系统动态特性的影响规律。研究表明，上下旋翼轴齿轮副动态啮合力波动较大，上旋翼轴齿轮副动态啮合力波动幅度是下旋翼齿轮副的1.7倍；随着转速增大，各级齿轮副动态响应中的二倍输入级啮合频率的幅值提升最显著；当高速级齿轮齿面出现剥落缺陷，啮合频率附近会出现边频带，振动冲击随着缺陷尺寸的增大而增大；在不同的缺陷位置中，位于双齿啮合区与三齿啮合区交界位置，缺陷产生的振动冲击幅值最大。研究结论为无人直升机共轴对转主减齿轮箱的减振降噪，故障诊断提供了理论参考。 关键词：共轴对转；齿轮传动；集中参数法；剥落缺陷；动力学 2022 Vol. 41 (19): 254-265 [摘要] ( 74 ) HTML (1 KB)  PDF (2586 KB)  ( 15 ) 266 基于流固耦合的旋叶式压缩机排气阀片振动噪声预估与试验 >罗胜曦1，何泽银1,2，陶平安2，刘红梅2，胡立志2，孙世政1 为揭示旋叶式压缩机排气阀片振动特性，建立阀片单质点模型，研究排气工况、几何参数与阀片振动位移的关系，得到升程限制器改进结构；而后，建立改进阀片排气结构流固耦合模型，研究阀片流动特性；进而，基于流场湍流参数建立排气阀片宽频噪声模型，研究改进阀片噪声分布规律，借助旋叶式压缩机噪声试验台，对改进前后压缩机整机噪声进行测试。研究表明：改进阀片参数，有效提高了平贴时间，降低了阀片振动速度峰峰值；阀片工作中消气槽流场处存在一定程度的负压区域，阀片关闭时排气孔处流场存在回流现象；排气结构气动噪声源主要集中在阀片与阀座发生撞击的表面和消气槽附近；改进后压缩机部分频域段降噪明显降低，后部场点噪声幅值最大降低6%。 关键词：旋叶式压缩机；排气阀片；单质点模型；流固耦合；排气噪声 2022 Vol. 41 (19): 266-273 [摘要] ( 63 ) HTML (1 KB)  PDF (2272 KB)  ( 24 ) 274 岩石-混凝土复合梁弯拉损伤的声发射参量聚类识别 >陈徐东1，郭玉柱1，胡良鹏1，白银2，宁英杰3 为了研究围岩-混凝土衬砌结构的受弯损伤特性，选取两种岩石（花岗岩和黑砂岩）和两种混凝土（纤维和无纤维），制备了4种岩石-混凝土复合梁。采用MTS试验机对复合梁进行四点弯试验，并利用声发射技术对复合梁的弯拉损伤过程进行了监测。声发射的损伤定位结果表明，岩石-混凝土复合梁的主要损伤过程可以分为：混凝土损伤段、界面损伤段、岩石损伤段及残余承载段四个阶段；为了对复合梁弯曲破坏各个阶段的损伤类型进行识别，采用高斯混合模型对声发射参数进行了聚类分析，并与常规的RA-AF分析方法进行了对比。与常规的RA-AF分析方法相比，高斯混合模型不需要人为选取经验参数，对损伤的识别更加科学合理。此外，高斯混合模型分析结果显示岩石-混凝土复合梁主要发生的是拉伸损伤（占比高于87.9%），仅有少量的剪切损伤产生（占比低于12.1%）。 关键词：围岩；混凝土；声发射；高斯混合模型；损伤 2022 Vol. 41 (19): 274-281 [摘要] ( 86 ) HTML (1 KB)  PDF (4057 KB)  ( 64 ) 282 调节阀内非定常空化压力脉动特性分析 >刘秀梅1，谢永伟1，李贝贝1，贺杰2，陈劲松1 基于计算流体动力学方法，数值研究了液压调节阀内非定常流动及其压力脉动特性. 通过对近壁面的压力信号进行频谱分析，讨论了空化形态的变化过程与壁面压力波动之间的关系. 结果表明：调节阀内云状空穴变化呈现出准周期性的发展过程，空化频率为565Hz，其空化变化过程包括：附着型空穴生长、附着型空穴断裂和脱落以及游离型空穴生长和溃灭. 空穴尾部近壁面处的逆压力梯度是引起反向射流的主要原因，反向射流与主流相切形成漩涡，促使附着型空穴脱落. 此外，空穴发展变化也对流道内压力脉动产生影响，阀内不同截面上的平均压力变化具有相同的主导频率，且该频率与附着型空穴非定常准周期生长、断裂、脱落频率基本吻合. 关键词  调节阀；非定常空化流动；反向射流；压力脉动；数值模拟 2022 Vol. 41 (19): 282-288 [摘要] ( 74 ) HTML (1 KB)  PDF (2119 KB)  ( 9 ) 289 基于VMD-MSE与SSA-SVM的往复式压缩机气阀故障诊断 >别锋锋1，2，朱鸿飞1，2，彭剑1，2，张莹1，2 往复压缩机气阀故障振动信号具有较强的非线性和非平稳性。为了从往复压缩机气阀振动信号中提取故障特征用于故障诊断，本文提出了一种基于变分模态分解（VMD）与多尺度样本熵（MSE）的故障特征提取方法，并与采用麻雀寻优算法（SSA）优化的支持向量机（SVM）相结合，用于往复压缩机气阀故障诊断。通过对往复压缩机气阀信号进行VMD分解，选取合适的内禀模态分量（IMF）进行信号重构，基于MSE熵值分析构成特征向量集，最后将其输入SSA-SVM训练并识别故障类型。实验结果表明，基于VMD-MSE与SSA-SVM的故障诊断模型能有效并准确的识别出往复压缩机气阀故障。 关键词：往复压缩机；变分模态分解；多尺度样本熵；支持向量机；模式识别 2022 Vol. 41 (19): 289-295 [摘要] ( 99 ) HTML (1 KB)  PDF (2052 KB)  ( 20 ) 296 电梯垂直低频隔振器设计与分析 >宋丹龙1，师朴1，杜春华1，刘凯1，肖永恒2 针对曳引电梯低频振动难以降低的难题，基于准零刚度原理，采用理论建模、有限元分析相结合的方法分析并研制了屈曲弹簧钢板和圆柱橡胶组合式新型轿底低频隔振器，同时对圆柱橡胶、弹簧钢板及其组合低频隔振器分别进行了静载力学试验以及动态隔振性能试验。研究表明，该新型低频隔振器平衡位置处的平均刚度在20 N/mm以下，电梯轿厢的固有频率降低到1 Hz左右，隔振起始频率降低了81.80%；弹簧钢板的尺寸和屈曲量以及圆柱橡胶的尺寸及其硬度是影响低频隔振器性能的关键参数，通过以上参数的相互匹配，可以提高承载能力和降低组合刚度。该新型低频隔振器在保证静态稳定性的同时，实现了轿厢的低频隔振，提高了电梯乘坐舒适性。 关键词：电梯；低频振动；准零刚度；隔振；传递率 2022 Vol. 41 (19): 296-302 [摘要] ( 88 ) HTML (1 KB)  PDF (2221 KB)  ( 16 )

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