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2023年 42卷 1期
刊出日期：2023-01-15
论文
论文
1
综合大质量偏心与弹簧横向刚度超静主动隔振平台动力学解耦控制研究
>杨鸿杰1,2，代锋3，刘磊1,2，李新国1,2
针对载荷大质量偏心和弹簧横向刚度诱发超静主动隔振平台多自由度动力学耦合问题，研究隔振平台动力学耦合特性和解耦隔振控制方法。首先，综合载荷质量偏心和弹簧横向刚度的影响建立主动隔振平台多自由度耦合动力学模型。随后，根据所建立的模型分析动力学耦合下主动隔振平台的扰动传递特性，推导耦合谐振频率与弹簧刚度、载荷质量偏心之间的解析关系。最后，给出模态空间下隔振平台动力学解耦控制方法，开发基于音圈电机的主动隔振实验平台，通过实验验证动力学模型的准确性和模态解耦隔振控制方法的有效性。
2023 Vol. 42 (1): 1-9 [
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10
球缺型EFP毁伤混凝土墙试验与数值仿真研究
>郝礼楷1,2，顾文彬1，张亚栋3，原奇4，邹绍昕1，刘明君5，刘森琪2
为深入研究混凝土类目标在聚能装药作用下的侵彻效应和毁伤机理，设计一种大口径Φ 120 mm 球缺型EFP聚能装药，开展不同炸高下毁伤大尺寸混凝土墙试验。基于修正参数的RHT模型进行数值仿真，仿真结果与试验数据的最大相对误差为9.8 %，表明RHT模型的修正效果较好，数值模型可靠。在此基础上，分析炸高对毁伤效果的影响，并对EFP侵彻体与爆炸冲击波的联合毁伤元特性进行研究。结果表明，所设计的EFP聚能装药毁伤混凝土墙时，能够形成具有较大直径和深度的漏斗坑；炸高为20 cm至60 cm时，随着炸高的增大，漏斗坑直径逐渐减小，漏斗坑深度呈先减小再增大再减小，并逐渐稳定的趋势；炸高为20 cm（1.67倍装药直径）时，能够获得直径和深度都较大的漏斗坑，此时漏斗坑直径为6.83倍装药直径，漏斗坑深度为2.3倍装药直径；EFP侵彻对漏斗坑的形成起主导作用，在一定炸高范围内，爆炸冲击波对漏斗坑直径有增大作用，其与EFP侵彻体的耦合能够在一定程度上提高漏斗坑深度。
2023 Vol. 42 (1): 10-18 [
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19
不同截面吊脚柱RC框架结构振动台试验研究
>唐洋洋1，李英民1,2，刘立平1,2，姜宝龙1，余洪翔1，姬淑艳3
为研究山地吊脚RC框架结构的地震响应特征和抗震性能，设计并制作了一个1:8缩尺的吊脚RC框架模型。通过振动台试验，对结构模型的破坏现象、动力特性、加速度反应、变形特征、楼层剪力和扭转效应进行了分析。结果表明：吊脚RC框架结构的吊脚层和2层破坏明显不均匀，吊脚层破坏轻微，且坡顶短柱破坏较早，2层柱底破坏严重，且破坏程度自坡底柱侧向坡顶柱侧递减，结构破坏主要位于吊脚层以上，最终表现为部分柱铰屈服破坏；激励水平大于罕遇地震时，吊脚层的加速度放大系数大于上部结构，楼层剪力的增大程度相对上部结构也更加显著，吊脚层变形不大，结构的最大层间位移角始终在3~4层；结构的最大层间扭转角随地震强度增加自2层转移至吊脚层。
2023 Vol. 42 (1): 19-27 [
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28
饱和混凝土冲击破坏的近场动力学建模分析
>武立伟，马启鹏，黄丹
在常规态型近场动力学理论框架下提出一种考虑孔隙作用的亚均质饱和混凝土模型。该模型体现了混凝土的细观结构非均质性，在“键”层次上将混凝土细观尺度的各相成分与宏观尺度的断裂行为联系起来，同时不增加计算量。进一步通过物质点间“键”的缺失来表征内部孔隙的存在，并分析孔隙率对混凝土力学性能的影响。最后基于两相球模型得到饱和混凝土的有效体积模量与剪切模量，建立饱和混凝土模型。基于提出的模型对饱和混凝土中的波传播问题及动态冲击破坏问题进行数值模拟，所得结果与相应试验结果吻合较好，验证了该模型和方法对研究饱和混凝土动态冲击问题的适用性。
2023 Vol. 42 (1): 28-37 [
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38
仿平行叶脉次级肋板增强多胞管轴向压溃响应
>胡敬坤1，徐鹏1，范志强1,2，李耀宙1，谭晓丽1
受树叶平行叶脉启发，在多胞管（MT）外侧柱壳的内表面引入次级肋板构建新型仿生多胞管（BMT），通过诱导改善薄壁结构变形模式提高能量吸收特性。通过3D打印技术制备试样开展准静态压缩实验，结合数值模拟研究了管壁厚度、冲击速度、次级肋板形态等因素对结构变形和能量吸收的影响，结果表明：1）采用倾斜次级肋板增强的BMT结构的平均压溃力（MCF）和比吸能（SEA）相比于MT提高约31%~59%和20% ~ 35.2%；次级肋板的引入可诱导薄壁结构在±45°方向交错产生长度较长的塑性铰，薄壁结构弯曲变形能的提升是结构吸能特性增强的主要因素。2）BMT的次级肋板宽度小于1mm时无法对外侧圆柱壳进行变形诱导，在10~70m/s加载速度范围内BMT能量吸收特性随着冲击速度增大而增大。3）次级肋板的引入对MT中主级肋板和内侧圆管的能量吸收影响较小，但能够显著提高外侧圆管的吸能水平并降低其变形模式对加载速率的依赖性。
2023 Vol. 42 (1): 38-45 [
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46
交替爆破开挖下分岔隧道中夹岩损伤特征研究
>杨杭澎1，俞缙1，付晓强1,2，姚玮1，林聪波1，常方强1
明确在左右交替爆破施工情况下分岔小净距隧道中夹岩损伤规律，将有助于更好地保障隧道现场施工及围岩稳定。采用三维有限差分软件FLAC3D模拟了爆破荷载作用下分岔小净距隧道交替开挖过程，重点研究了中夹岩在不同开挖工况下损伤分布及演化规律，最后通过厦门海沧疏港通道分岔隧道工程项目现场声波损伤范围检测结果进行了验证。研究结果表明：爆破产生应力波在分岔口产生反射形成拉应力，使得分岔口断面损伤更严重；隧道中夹岩损伤呈不对称“V”字分布，由中夹岩内部至轮廓线损伤逐渐增大，主隧道侧中夹岩最大损伤在90°~120°范围内，匝道侧中夹岩最大损伤在90°范围内，中夹岩厚度对中夹岩损伤有较大影响，随着厚度的增加中夹岩损伤程度降低且损伤范围未贯通左右隧道；通过模拟改变不同进尺、开挖错距及开挖顺序发现，与2m进尺相比，5m进尺完全损伤区提高了58.5%，损伤贯通区提高了70%，错距1步较错距4步工况完全损伤区增加了1.27m，损伤贯通范围也出现一定增加，先开挖较小断面有利于中夹岩稳定，围岩损伤对称性较好，但远离中夹岩一侧岩体损伤会出现扩大，数值模拟结果与现场实测结果基本一致。模拟结果为该类公路分岔小净距隧道施工提供一定参考。
2023 Vol. 42 (1): 46-53 [
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高模态密度结构宽频振动分析的小波有限元方法实现
>耿佳1,2,李明1,2,张兴武1,2,杨来浩1,2,陈雪峰1,2
高模态密度结构的宽频振动分析问题是声振分析领域内关注的重点问题之一，可实现宽频振动预测的数值分析方法是该领域内重要的研究内容，有效的宽频振动数值分析方法应在低频至高频域可同时提供精准的数值解。然而，由于明显的耗散误差和计算成本过高导致传统有限元方法（Traditional Finite Element Methods, TFEMs）在对高模态密度结构进行宽频振动分析时，难以在高频域提供精准的数值解，致使无法实现有效的宽频振动分析。而小波有限元分析方法（Wavelet Finite Element Methods, WFEMs）在进行结构分析时具有潜在的求解效率优势，并且可大幅度降低耗散误差带来的影响。为此，本文首先构造了基于小波有限元理论进行宽频振动分析时的自耦合算法，并据此介绍了小波有限元方法对高模态密度结构进行宽频振动分析的架构，形成了宽频小波有限元分析方法（Wide Wavelet Finite Element Method, WWFEM）。随后，采用数值分析研究方法，基于WWFEM对具有解析解的高模态密度薄板结构进行了宽频振动分析。最后，采用实验分析研究方法，预测了高模态密度结构在宽频域内的振动响应。在此基础上，对比分析了小波有限元方法在进行高频振动分析时的收敛性和宽频振动分析的有效性等。可为依据小波有限元分析方法解决圆柱壳、曲壳等高模态密度结构宽频振动分析问题提供理论参考。
2023 Vol. 42 (1): 54-65 [
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66
双索非线性振动瞬时相位差及其来源
>孙测世1，林俊强1，邓正科2
为探究拉索间的同步或异步振动现象，对参数存在差异的双索的瞬时相频特性展开研究。推导了双索-质量块模型的无量纲动力学运动方程，采用伽辽金法得到离散的常微分方程，利用多尺度法进行求解。采用Runge-Kutta法和有限元法进行对比验证，三者结果均吻合良好。对不同参数双索的瞬时相位差来源进行了分析，结果表明：在某些频率范围内，高阶近似项对瞬时相位的影响不容忽略。双索的瞬时相位差来源于两个方面：一是线性解中相移值γ的差异；二是高阶近似解中漂移项占比参数𝛽的差异。
2023 Vol. 42 (1): 66-73 [
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74
基于改进的信赖域模型管理技术识别风电转子系统不对中载荷
>毛文贵，李建华，郭杰，周舟
针对求解耗时的风电转子系统不对中载荷识别问题，提出基于改进的信赖域模型管理技术的识别算法。该算法将整个先验分布空间的不对中载荷识别问题转化为一系列信赖域上的近似优化问题，通过区域遗传智能采样技术采集样本，加强径向基函数构建代理模型，再采用遗传算法进行近似优化。通过每个信赖域上的最小目标函数和近似优化结果确定信赖度和下代域的中心、半径，进而不断地缩放、平移信赖域，来保证获得与真实模型一致的不对中载荷。通过四种方法对比表明该方法样本遗传策略，遗传落在下代信赖域空间上的样本，减少实验设计样本个数而提高效率；最小目标函数作为信赖中心调整提高了关键区域代理模型的精度而加快收敛，降低了对代理模型精度的依赖。
关键词：信赖域模型管理技术；代理模型；遗传智能采样技术；风力发电机转子；不对中载荷
2023 Vol. 42 (1): 74-80 [
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81
基于参数优化SDP分析的转子故障诊断方法
>万周1,2，何俊增1,2，姜东2,3，李坚4，张大海1,2
针对存在多种故障类型不同故障严重程度的转子故障诊断问题，提出了一种基于参数优化对称点模式（Symmetrized Dot Pattern，SDP）分析的智能诊断方法。首先，利用SDP分析提取多个传感器信号的故障特征并将其融合为SDP图像；然后，以基于欧氏距离定义的图像区分度函数为适应度函数，基于天牛须搜索（Beetle Antennae Search，BAS）算法获得SDP分析中角域增益因子与时间延滞系数的最佳取值；最后，利用SDP图像训练卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）获得转子故障诊断模型。实验研究表明，本文方法相较于其他故障诊断方法具有更高的诊断精度，且在强噪声环境下的诊断表现良好。基于BAS算法优化后的SDP分析放大了不同类型不同严重程度转子故障的表征差异，提高了故障诊断精度。
关键词：转子，对称点模式，天牛须搜索算法，卷积神经网络，故障诊断
2023 Vol. 42 (1): 81-88 [
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自复位摇摆双柱式桥墩抗震能力数值仿真分析
>贾俊峰1,边嘉琛1,白玉磊1,魏博1,顾冉星1,周述美2
自复位摇摆桥墩是震后功能可恢复桥梁的重要结构形式。为研究不同设计参数对自复位摇摆双柱式桥墩抗震性能的影响，本文以我国首座自复位摇摆桥梁（跨京台高速洪士庄桥）为研究对象，推导了自复位摇摆双柱式桥墩的承载力计算公式；采用ABAQUS有限元软件建立自复位摇摆双柱式桥墩数值仿真模型，基于前期完成的拟静力试验结果验证模型的准确性。考虑预应力筋初始张拉力、耗能构件截面积、预应力筋配筋率等设计参数，分析了其对自复位摇摆双柱式桥墩抗震能力的影响规律。研究结果表明：预应力筋初始张拉力和配筋率增加，桥墩最大抗侧承载力增大，残余位移减小，耗能能力无明显变化；耗能部件截面积增加，桥墩最大承载力、残余位移以及耗能能力均有明显增大。参数分析表明自复位摇摆桥墩可同时具有良好的耗能能力和较小的残余位移，桥墩最大偏移率达4%时残余偏移率为0.56%，此时预应力筋配筋率为0.26%，初始张拉控制应力为极限强度的0.4倍，耗能部件对墩柱水平承载力贡献率为44.4%。研究成果可为自复位摇摆双柱式桥墩抗震能力设计和评估提供参考。
2023 Vol. 42 (1): 89-97 [
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98
高阶Lamb波模态在腐蚀损伤处的透射特性分析
>陈飞宇1,2，罗志3，曹徐伟4
高阶Lamb波模态的截止特性为大面积板壳类结构中腐蚀损伤的检测提供了一种有力的工具。研究高阶Lamb波在不同宽度、深度腐蚀损伤处的透射特性，可以为激励模态、频率的优化提供理论依据。基于有限元方法和单一模态激励技术，分析了略高于截止频率的A1高阶模态穿过腐蚀损伤后到达时间、透射幅值以及波包变形程度的变化，并研究了其随损伤尺寸增大而变化的规律，为探究基于高阶模态的损伤反演奠定了基础。
2023 Vol. 42 (1): 98-104 [
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105
考虑桩-土作用及冲刷影响的海上风电结构损伤检测研究
>卢光坤1，陈旭光1，2，杜文博3，牛小东1，刘金忠4，唐汉枫1，刘茜茜1，解安琪1
海上风电结构长期服役于恶劣的海洋环境中，损伤不断累积，严重时导致整体失效。现有损伤检测方法可以识别结构损伤，但未考虑桩-土作用、冲刷效应对结构动力特性的影响，若直接应用于实际工程容易导致损伤误判。基于交叉模型交叉模态法(CMCM法)，考虑桩-土作用和冲刷效应，优化了桩基的边界条件，发展了CMCM结构损伤检测方法。建立了单桩-土体有限元模型，结合已有试验数据，验证了砂土地基条件下数值模型及检测方法的可靠性。进一步地，研究了桩-土作用、冲刷效应对整体结构模态的影响，并基于不同地基假定的基准模型，对数值模型中的结构损伤进行检测。结果表明，考虑桩-土作用、冲刷效应后的地基刚度降低，从而导致结构频率降低、模态振型改变；该模型边界更符合实际工程地基状态，排除导致误判的干扰因素后，结构损伤位置、程度均可被准确识别，提升了CMCM方法的准确性和工程适用性。
关键词：海上风机；损伤检测；模态分析；地基；冲刷
2023 Vol. 42 (1): 105-114 [
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115
压电致动的谐振式水下柔性结构动态迟滞建模及前馈补偿
>王泽锴1,3，娄军强1,2,陈特欢1，邓益民1,崔玉国1，魏燕定2
具有运动灵活且操作方便优点的Macro Fiber Composite(MFC) 致动水下柔性结构广泛应用于水下仿生推进和变形控制系统中，但是MFC的迟滞非线性严重影响了系统的定位精度和操控性能。本文提出了一种改进Prandtl-Ishlinskii(PI)静态迟滞和传递函数动态模型串联的复合式模型来描述MFC致动水下柔性结构谐振状态下的动态迟滞行为。首先基于所提出水下结构的准静态迟滞特性辨识得到改进PI迟滞模型参数，然后通过传递函数串联馈通环节的动态模型捕捉MFC致动柔性结构的水下谐振特性。实验结果表明所建立的复合式动态迟滞模型能够很好地描述MFC致动水下柔性结构在谐振状态下的动态迟滞行为，并且在固有频率附近一定带宽范围内仍具有较高准确性。基于复合式逆模型的前馈补偿下，水下柔性结构在谐振状态下跟踪正弦轨迹的实测位移与期望位移基本重合，补偿后二者线性度较高，显著提升了MFC致动柔性结构谐振状态下的动态定位和跟踪精度，证实了所提出动态迟滞模型和补偿方法的有效性。
2023 Vol. 42 (1): 115-122 [
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123
深埋矿体采场爆破对矿柱的损伤特性研究
>张翔宇1,2,严鹏1,2,卢文波1,2,张立新3,宋亮3,陈明1,2
千米级矿产资源在采用房柱法开采过程中，由于深部岩体“三高”赋存环境及爆破开采的“强扰动”性，导致深部矿体开采面临难以预测灾害事故，因此高应力岩体采场爆破对矿柱的损伤机理与效应研究对深部采场作业安全具有重要意义。以陈台沟铁矿深部采场爆破开挖为背景，建立采场扇形孔爆破的三维数值模型，研究不同地应力水平下采场爆破对矿柱的损伤特性，同时从理论角度借助数值模拟阐述并验证了地应力与爆破荷载相互作用的机理。结果表明：在炮孔近区（5倍炮孔半径内），围岩主要受压剪作用，在炮孔中远区（10~25倍炮孔半径），围岩受环向拉应力作用明显；炮孔近区的压剪应力峰值主要由爆炸荷载的贡献，受地应力影响较小，中远区的环向拉应力峰值受地应力的影响较大，且随地应力的增大而减小；在地应力水平较小时，矿柱不同区域的损伤深度在不同地应力水平下具有不同衰减趋势，在地应力水平较大（大于20~30MPa）时，矿柱不同区域损伤深度的衰减趋至相同程度；地应力使矿柱损伤深度减小的原因在于地应力的存在减小了矿柱内的拉应力，同时通过对拉应力影响范围的估计，给出了不同埋深采场爆破时安全距离的建议值。
2023 Vol. 42 (1): 123-131 [
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132
基于改进极限学习机的水轮机运转状态识别
>兰朝凤，宋博文，郭小霞
针对水轮机远程运行状态监测困难的现状，本文提出了基于模拟退火算法的粒子群算法（Simulated annealing algorithm-Particle swarm optimization, SA-PSO）优化极限学习机（Extreme learning machine, ELM）的方式，建立水轮机运转状态识别模型SA-PSO-ELM。对水轮机信号进行互补集合经验模态分解（Complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD）获得IMF分量，引入皮尔逊相关系数计算各个IMF分量与水轮机信号的相似度，判断信号主导模态和噪声主导模态的分界点，用小波去噪对噪声主导模态降噪，并与其余的IMF分量重构得到去噪信号，同时对去噪后的信号进行分解，计算每个IMF分量的排列熵，构建特征向量。由于SA-PSO精度高不易陷入局部最优的特点和ELM的性能受权值、阈值共同影响的特点，用SA-PSO优化ELM的权值和阈值，构建水轮机运转状态识别模型SA-PSO-ELM。对不同工况下采集的水轮机压力脉动数据，分析了基于PSO-ELM、ELM 及SA-PSO-ELM模型的水轮机运转状态识别正确率、均方误差、决定系数3个指标。结果表明：SA-PSO-ELM更适合于水轮机运转状态识别。
关键词：水轮机；互补集合经验模态分解；粒子群算法；极限学习机；状态识别
2023 Vol. 42 (1): 132-138 [
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139
虚拟试验场RGR路面模型重构研究
>周帅，禹慧丽，黄永旺，周云平
路面模型是虚拟试验场车辆舒适性分析，道路载荷谱分析等必不可少的输入。为了将国内西部某汽车试验场的真实道路转换为路面模型，首先采用PPS激光扫描仪，IMU惯导模块，GNSS基站等设备集成的移动路面扫描系统进行扫描，获得了物理道路的3维扫描点云。然后采用样条曲线拟合道路中心线，并沿中心线构建2维平面栅格点。接着以自然相邻点插值法计算平面栅格点的高程值。最后将3维栅格点云转换为可在多体动力学仿真软件ADAMS中使用的RGR（Regular Grid Road）路面模型。以重构的路面模型为基础，结合FTire轮胎模型，整车多体动力学模型搭建起完整的虚拟试验场仿真系统。为了检验仿真精度，采用带有轮心六分力仪，加速度传感器的路谱采集车进行道路谱载荷采集试验。在大特征破坏路面坑洼路和平稳随机型路面鹅卵石路下，轮心垂向力和轮心垂向加速度等仿真结果与实测数据均吻合良好，表明重构的路面模型及其虚拟试验场具有较好的精度。
关键词：虚拟试验场；RGR路面模型；路面扫描；道路谱
2023 Vol. 42 (1): 139-145 [
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146
近场旋转地震波对多跨高墩连续刚构桥地震易损性的影响
>赵金钢1，贾宏宇2，占玉林2,3
为研究近场旋转地震波对多跨高墩连续刚构桥易损性的影响，以某五跨高墩连续刚构桥工程实例为研究对象，首先基于改进云图法，从太平洋地震工程研究中心强震数据库中选取100条近场平动地震波，并采用频域法合成旋转地震波；然后，选取桥梁设计参数随机变量，采用拉丁超立方法抽取100个样本点并随机组合后，采用OpenSees建立100个全桥有限元模型，开展近场平动地震波和近场平动+旋转地震波作用下的动力非线性分析，获得高墩关键截面曲率响应最大值；最后以截面曲率临界值为损伤指标，研究适用于近场平动+旋转地震波作用下易损性分析的地震强度指标，并开展地震易损性分析。研究结果表明：地震动强度指标PGD和Sdmax最适用于近场平动+旋转地震波作用下多跨高墩连续刚构桥易损性分析；近场旋转地震波显著增大了多跨高墩连续刚构桥的损伤概率，忽略旋转地震波的影响将严重低估多跨高墩连续刚构桥的损伤概率，并且采用截面曲率作为损伤指标无法较好地反映扭转分量地震波引起的损伤。本项目研究成果对更为全面了解多跨高墩连续刚构桥桥梁的抗震性能、完善桥梁抗震设计及加固理论具有重要意义。
关键词：多跨高墩连续刚构桥；旋转地震波；地震易损性分析；改进云图法
2023 Vol. 42 (1): 146-159 [
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160
考虑反射波震荡的饱和土中大直径现浇混凝土管桩低应变测试解析解
>邸同宇1,2，吴文兵1,2，张云鹏1,2，刘浩1,2
相比传统实心桩，大直径现浇混凝土管桩在相同混凝土消耗的前提下拥有更高的承载能力和动力学刚度，但其低应变检测理论仍然滞后于工程应用。具体而言，饱和土体中的土塞效应和由于横向惯性效应导致的反射波震荡这两者对检测结果的影响仍然不清晰，亟需建立严格的桩周土-管桩-土塞模型来弥补这一空白。因此，本文采用Biot多孔介质连续方程模拟饱和土中水土两相介质间的相互作用，从能量法的角度考虑桩体的横向变形，修正了适用于管桩基础的Rayleigh-Love杆件模型，并将两者通过桩土界面关系进行耦合求解。通过傅里叶变换、势函数解耦偏微分方程以及分离变量法等数学手段求解了桩周土与桩芯土的径向和纵向位移函数，而后采用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲下桩顶纵向振动速度时域响应解析解，并通过与前人的解进行对比，验证了本文解的正确性。本文的主要结论有：管桩泊松比越高，桩底反射信号幅值越小，反射波震荡效应越明显；管桩壁厚越大，桩底反射信号幅值越大；桩芯土模量越小，反射波的震荡效应越明显。
2023 Vol. 42 (1): 160-168 [
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169
时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承振动特性分析
>唐志霖1，蒋迪永2，张文虎1，邓四二1，胡余生3
基于滚动轴承动力学理论，建立了时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承非线性动力学方程组，采用Gear Stiff（GSTIFF）变步长积分算法对其进行求解，就球轴承的结构参数和工况参数对球轴承振动特性的影响进行了分析。结果表明：时变载荷激励下球轴承的振动响应频率以时变载荷频率为主，表现出强迫振动，且振动速度幅值远高于恒定载荷下轴承振动速度幅值；结构参数中，原始径向游隙对球轴承振动特性影响显著，采取零游隙或负游隙能够有效地抑制时变载荷对轴承的冲击；保持架兜孔间隙对轴承振动影响较小，存在最优的保持架兜孔间隙使得保持架振动最小；考虑时变载荷的影响，对空调滑片式压缩机用球轴承施加0.3~0.6%额定动载荷的轴向预紧力可实现降低轴承振动目的。
2023 Vol. 42 (1): 169-180 [
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181
基于实测载荷谱的车架结构仿真优化方法及应用
>金红杰1，周忠胜2，臧利国3，王星宇3
为解决某型车辆在试验过程中出现的车架开裂问题，提出一种基于实测试验载荷谱与数值仿真分析相结合的车架结构优化方法，并在试验中得到应用验证。主要内容包括：首先建立集六分力传感器、加速度传感器、位移传感器、应变传感器为一体的多通道数据采集系统，获取实际行驶试验底盘载荷谱原始数据，利用零点漂移、去趋势项、去噪等信号处理技术得出载荷谱分析数据，采用定性与定量相结合的方法分析车架结构开裂的故障原因。其次，建立车架有限元仿真模型，基于试验载荷谱分析数据，在不影响整体结构的基础上提出优化方案，计算比较优化前后的车架结构在典型受力工况下的力学特性，保证优化后受力满足要求。再次，利用RPC迭代技术，基于实测载荷谱数据迭代计算得到响应驱动信号，应用于整车道路模拟试验台，开展台架试验，验证车架设计优化的有效性。最后对优化后的车架进行完整的可靠性行驶试验，结果表明：优化后的车架未发生故障且满足可靠性指标。该研究以解决实际问题为出发点，为整车高可靠性设计技术提供了有效、可行的方法。
2023 Vol. 42 (1): 181-189 [
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190
单螺栓连接梁的非线性连接层建模与参数识别
>刘鹏韬，关天赐，王小鹏
针对线性的螺栓连接层等效模型无法表征进入微观滑移状态后结合部动力学行为的问题，用Voce本构关系对线性连接层等效模型做出了改进，使其能表征螺栓结合部的非线性动力学行为。以单螺栓连接梁为研究对象，实验探究了不同预紧扭矩对其固有频率的影响，测试了其在不同幅值谐波激励力下的频响函数。通过遗传算法对连接层等效模型的四个非线性参数进行了识别，分别包括初始屈服应力、切线模量和两个形状参数，识别了参数后模型频响函数计算值与实验值的误差在10%以内，表明改进后模型的准确性与可行性。改进后连接层等效模型可以用于装配结构非线性行为的预测。
关键词：螺栓连接；参数识别；非线性；连接层模型
2023 Vol. 42 (1): 190-197 [
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198
基础隔震结构的运动方程与阻尼矩阵在动力响应分析中的适用性研究
>李世渊1，谭平1,2,3，马海涛1,2,3
结构阻尼模型和运动方程是影响结构抗震动力分析精度的关键因素。由于基础隔震结构地震响应具有显著的特殊性，因此普通非隔震结构地震响应算法未必适用。基于这一认识，重点研究基础隔震结构动力分析方法中采用的各种模型，考虑基于不同地震动输入的结构阻尼模型和运动方程。研究发现，采用现有常规方法构造隔震结构阻尼模型时，上部结构会随着隔震支座发生刚体位移时产生阻尼力，这将可能导致计算精度的显著降低。针对这一问题，提出了确定基础隔震结构阻尼矩阵的一般方法，给出了基于上部结构阻尼矩阵和隔震层阻尼常数的通用表达式。采用隔震结构剪切型模型，给出了结构矩阵的解析表达式，并以此为基础进行了算例验证。研究结果表明，目前常用的隔震结构阻尼模型可能会高估结构的阻尼作用，从而低估结构响应；采用位移输入模型会高估隔震层相对位移、低估上部结构响应，当隔震层等效阻尼比达到0.3时，相对偏差可达到34.6和-31.1%，而采用位移-速度输入模型可得到与加速度输入模型一致的分析结果，故应采用位移-速度输入模型代替传统的位移输入模型。
关键词：基础隔震；运动方程；阻尼矩阵；位移输入模型；地震动输入模型
2023 Vol. 42 (1): 198-206 [
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207
基于维纳过程截齿磨损退化预测研究
>张强1，2，张佳瑶1，吕馥言2
针对掘进机的截齿磨损状态问题，构建了基于灰色-马尔科夫链模型、Gamma过程预测模型以及维纳过程磨损状态预测模型。通过搭建试验台，提取振动及声发射数据样本，考虑实验环境对实验数据提取的影响，应用小波包分解方法，对数据进行降噪处理。定义6种截齿磨损程度状态，每种状态取50组数据样本，进行模型精度验证，均符合精度要求，进而应用模型进行数据预测研究，对比真是实验数据，结果表明：振动信号加速度能量和下灰色-马尔科夫模型相对误差为0.89%，Gamma模型相对误差为0.47%，维纳过程相对误差为0.39%；声发射信号加速度能量和下灰色-马尔科夫模型相对误差为1.02%，Gamma模型相对误差为0.84%，维纳过程相对误差为0.47%；三种模型预测精度都很好，其中维纳过程预测误差最小，为掘进机截齿磨损退化状态预测研究提供了新的方法。
2023 Vol. 42 (1): 207-214 [
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215
基于惯容系统位置的调谐质量阻尼器的振动控制研究
>刘欣鹏1,2，杨映雯1,2，孙毅1,2，晏致涛1,2
为研究惯容系统位置对调谐质量阻尼器（TMD）减振性能的影响，首先基于动力学原理，采用定点理论对惯质调谐质量阻尼器（TMDI）进行参数优化，得到最优频率比和最优阻尼比解析解；其次讨论了频率比及阻尼比对结构振动特性的影响；最后对TMDI鲁棒性进行研究。结果表明：惯容系统连接位置对阻尼器吸振能力影响显著，与传统TMD和非接地TMDI相比，接地TMDI使主结构动力放大系数分别减小约8.4%、16.5%；接地TMDI调频宽度相比传统TMD提高约6%；在阻尼摄动范围内，接地TMDI减振系统动力放大系数增幅约1.5倍；接地TMDI具有更良好的鲁棒性，可为设计新型TMDI模型提供理论参考。
2023 Vol. 42 (1): 215-223 [
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224
高层建筑围护结构风压系数的概率特征及其极值POT估计
>李寿科1，毛丹1，刘敏1，郭凡1，孙洪鑫1，陈元坤2，邓声祥3
为获得高层建筑围护结构设计风荷载，通常需要考虑其表面风压系数的概率特征，进而进行极值估计。针对当前基于超越阈值模型的风压系数极值估计方法存在阈值选取困难，需要较大样本的不足，基于高层建筑标准模型进行风洞试验，首先研究其表面风压系数的概率特征，结果表明迎风区测点接近高斯分布，分离区测点风压系数母体接近Gamma分布，风压系数极小值接近GEV(General Extreme Value)分布；提出一种改进的POT(Peak Over Threshold)极值估计方法进行表面风压系数极值估计，进而与几种传统极值估计方法进行对比，结果表明改进POT极值估计方法可实现小样本的风压系数极值估计，其估计结果与大样本容量的标准极值偏差小于5%，且稳定性较好；最后给出了标准高层建筑模型表面极值风压系数。
2023 Vol. 42 (1): 224-231 [
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232
具有强扰动程度的振动局域化现象研究
>赵鹏，纪刚，周其斗
振动局域化效应是非周期结构的典型特征，而扰动程度是衡量结构非周期性的重要指标。为研究强扰动程度对振动传递特性影响的一般规律，首先以弹簧振子系统为例，采用模态分析法和基于统计理论的波传递法计算强局域化系数。同时基于通频带近似的等效方法，将一维系统的结论应用到二维结构，推导出非周期环肋圆柱壳的强局域化系数。研究结果实现了强扰动程度下振动局域化系数的定量计算，所得结论可为通过增加扰动程度而降低结构的振动传递性能提供理论支撑。
关键词：强扰动；强局域化系数；弹簧振子链；环肋圆柱壳
2023 Vol. 42 (1): 232-237 [
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238
基于贝叶斯优化BiLSTM模型的输电塔损伤识别
>魏佳恒，郭惠勇
结构的加速度响应可以反映结构的状态信息，蕴含结构的损伤特征。针对目前输电塔健康监测系统产生大量数据而无法有效分析和诊断输电塔损伤的问题，本文利用结构输出加速度响应数据的时序关系，提出了基于双向长短时记忆网络（Bi-directional Long and Short-Term Memory ,BiLSTM）的损伤识别方法，并采用概率寻优方法贝叶斯优化（Bayesian optimization,BO）确定网络模型超参数。首先描述了BiLSTM的基本原理，给出基于贝叶斯优化的超参数选取策略，从而提出了基于BO-BiLSTM模型的损伤识别方法。然后使用该方法对输电塔有限元模型进行了损伤定位与模式识别，测试集的整体识别准确率达到94.2%。为了验证该方法对实际结构的损伤识别效果，提出基于异源数据的损伤识别方式:将输电塔有限元模型数据作为模型训练的样本训练BO-BiLSTM模型，使用实验数据用作验证集检验损伤识别效果。识别结果表明BO-BiLSTM可以较为准确的识别真实结构的损伤情况，识别效果较BiLSTM以及BO-LSTM更稳定。
2023 Vol. 42 (1): 238-248 [
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249
基于线性自抗扰控制的重型多轴特种车辆防抱死制动控制研究
>程洪杰，何星磊，刘志浩，高蕾，杨健福
针对重型多轴特种车辆车身长、惯性大、轴数多、用途特殊以及运输环境复杂多变等特点，制动过程中防抱死制动系统(Anti-lock Braking System，ABS)存在滑移率非线性、时变性和参数不确定性等问题，开展了基于线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control，LADRC)的重型多轴特种车辆防抱死制动控制优化研究。首先，利用Matlab/Simulink建立了集成单轮动力学模型、滑移率模型、轮胎模型和制动器模型等被控制动系统模型，并设计了一种基于滑移率的ABS二阶LADRC控制器模型， 在高附着系数路面以初速度为30 km/h进行了ABS仿真与实验验证，通过模糊PID控制和LADRC控制的ABS制动效果对比分析，验证了LADRC控制具有更佳的制动效果；然后，以某重型五轴特种车辆为例，利用Trucksim搭建了集成车身、轮胎、悬架、转向、动力传动和制动等重型多轴特种车辆整车动力学系统模型；最后，某重型五轴特种车辆在高、中、低附着系数路面，以初速度60 km/h进行了的ABS联合仿真，验证了LADRC控制在ABS应用上的可行性和优越性。
2023 Vol. 42 (1): 249-258 [
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259
超长期循环荷载作用下海上风机大直径单桩动力特性演变规律研究
>龚敏1，朱涛2，陈守祥1，张东明1，贺瑞2
大直径单桩基础是目前应用最广泛的一种海上风机支撑结构，其现有相对成熟的研究主要集中在承载力、累积变形和初始动力特性计算等问题。而海上风机对海洋环境中的风、浪、流、地震波及其运行荷载等动荷载非常敏感，因此在长期循环荷载作用过程中，其振动特性变化规律必须得到充分研究。通过在干砂中的大直径单桩进行室内1g模型试验，以模型桩承载力为参考值，施加相同频率、不同幅值的循环荷载，并在加载过程中进行频响分析，得到桩顶水平位移频响函数，进而得出了以下结论：（1）桩基一阶共振频率随循环次数增大而增大；（2）阻尼比随循环加载次数整体呈降低趋势；（3）桩顶刚度则受循环荷载的致密作用和振动坑的形成等多因素影响，割线刚度主要呈下降趋势，卸载刚度呈增大趋势。
关键词：海上风机；大直径单桩；室内模型试验；长期循环荷载；频响分析；共振频率；阻尼比；桩顶水平刚度
2023 Vol. 42 (1): 259-266 [
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267
硅钢片固结方式对新能源汽车电机模态特性影响的研究
>宋金元，蒋伟康
新能源汽车优点突出，成为各国近来新车发展的主流。电机转速的提高使得工作频率不断升高，容易与定子发生高频共振。定子铁芯的加工工艺会影响定子的模态频率，直接对定子进行数值分析会耗费大量计算资源与时间成本。因此，本文针对粘接定子的动力学建模运用叠片理论、针对焊接定子的简化建模基于半有限元方法，然后利用定子的模态实验验证了本文所建模型的准确性，最后针对焊接定子提出了减振降噪的结构优化设计。结果表明，固结方式直接影响定子的刚度而对其动力学特性产生巨大影响；本文提出的两种建模方法结果精确，在电机设计初期具有指导意义。
关键词：定子叠片；振动噪声；固结方式；影响规律
2023 Vol. 42 (1): 267-272 [
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273
UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙带板结构抗震性能试验研究
>李新星1,2，周泉1,2，李水生1,2
提出一种UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙节点连接形式，为研究该节点平面外的抗震性能，设计完成了5片剪力墙带板结构平面外拟静力试验，包括3片UHPC-钢筋错位连接预制剪力墙，1片UHPC-钢筋非连续对接连接剪力墙和1片60d钢筋绑扎搭接的现浇剪力墙结构。对比分析了各试件的破坏形态、滞回曲线、承载力、刚度退化和水平接缝处竖向钢筋的传力性能。结果表明：错位连接剪力墙试件与现浇剪力墙试件破坏形式相同，均为平面外弯曲破坏，与现浇剪力墙相比，错位连接剪力墙极限承载力提高了5.1%，层间位移角均在1/80~1/50之间；初试刚度高于现浇试件，后期刚度退化、延性和耗能与现浇试件相当；增大UHPC后浇段高度可提高结构的整体刚度，但结构抗震性能降低；后浇段边缘处竖向钢筋在接缝处混凝土开裂后应力达到屈服，UHPC后浇段内钢筋应力较小，节点表现出良好的传力性能，可按照“等同现浇”剪力墙结构设计。
关键词：预制剪力墙；UHPC；平面外；钢筋错位连接；低周反复加载试验；抗震性能
2023 Vol. 42 (1): 273-281 [
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282
四分裂导线-间隔棒体系直流融冰时子导线不同步脱冰动力响应分析
>祝贺1，王玮琦1,2，邢宏超1,2，廖汉梁1，陈桓1,2，武文韬1,2，周月帅1,2
为了研究覆冰导线在直流融冰过程下覆冰融化脱落问题，以LGJ-400/50输电导线为研究对象，应用ANSYS LS-DYNA PrepPost采用非线性结构动力学模型，建立实际运行过程分裂导线体系有限元模型。在有限元分析过程中，考虑实际导线情况，采用SOLID45实体单元对导线进行分层建模，计算时采用生死单元法杀死覆冰单元，更加准确模拟融冰时的实际情况。目前对分裂导线脱冰研究大多将分裂导线等效成单导线进行计算，在实际融冰操作过程中，分裂导线体系存在不同步脱冰现象，需对不同子导线脱冰时的情况进行分析。结果表明，直流融冰下脱冰导线的跳跃高度比正常脱冰的跳跃高度小，导线脱冰跳跃高度及导线张力随融冰电流增加而减小；四分裂导线-间隔棒体系子导线不同步脱冰时，对角线两根子导线脱冰及下方两根子导线脱冰工况下，分裂导线体系较为稳定，其它工况子导线不同步脱冰时，四分裂导线-间隔棒体系存在横向摆幅，进而产生扭转风险，会造成导线磨损和断股事故发生。
2023 Vol. 42 (1): 282-291 [
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292
不均匀飞机轮载作用下沥青道面结构力学响应
>游庆龙1,黄之懿1,马靖莲2,赵志3，毕洁夫1，4
为了研究不均匀飞机轮载作用下沥青道面结构力学响应，基于机轮条纹状接触面积假设和轮胎花纹，确定了轮胎的竖向应力函数，再结合已有研究确定了轮胎的纵、横向接触应力，计算获得了A380-800，B747-400，B777-300ER三维非均布接触应力；基于三维有限元分析模型，得到飞机三维非均布轮载作用下的道面结构力学响应，并分析了三种机型的力学响应的差异。研究结果表明：在三维非均布荷载作用下沥青道面的力学响应大于在均布竖向荷载下的力学响应；荷载的不均匀性对于沥青道面力学响应的影响沿沥青道面面层向土基逐渐减小；在三维非均布荷载作用下，沥青道面的力学响应受飞机的最大滑行质量、起落架构型、胎压、机轮个数等因素影响；随着沥青混合料模量增大，各力学响应参数的变化率也逐渐减小。
关键词：机场工程；不均匀荷载；沥青道面；有限元分析；力学响应
2023 Vol. 42 (1): 292-300 [
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301
SH波入射下正交各向异性双相介质界面附近圆孔的动应力集中
>兰国冠1，张村峰1，许华南1，张剑伟2
基于复变函数和格林函数的方法，探讨了SH波在具有圆孔的正交各向异性两相介质中的散射，分析了圆孔周围的动态响应规律。首先建立问题的二维解析模型，将全空间分为两个部分：均匀各向同性上半空间以及含圆柱形孔洞的正交各向异性下半空间。采用格林函数法推导出了两半空间界面处各点的格林函数表达式，并引入复变量，构造出了SH波入射下求解区域内位移和应力的表达式。考虑界面的连续性条件，将未定反平面力加载到两个半空间的水平界面上，推导出Fredholm定解积分方程组，用弱奇异积分方程的直接离散方法求解。最终通过算例分析，发现介质的正交各向异性参数、入射波波数、角度以及孔洞埋深等对下半空间圆孔周边的动应力集中系数(DSCF) 影响显著。
关键词：SH波；Green函数；各向异性双相介质界面；圆孔；DSCF
2023 Vol. 42 (1): 301-307 [
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308
十字型微谐振梁多场耦合非线性振动分析
>韩光1,2，许立忠1
为了提高电容检测传感器的检测精度，提出了一种十字型微谐振梁。将其简化为多场耦合振动模型，在考虑分子力与电场力的情况下建立动力学方程。求得其非线性振动固有频率及其变化规律，分析了不同参数对位移响应的影响。利用微加工技术制作十字型微谐振梁，采用静电激励—电容检测方法对其测试。创新性地将激振端与拾振端采用隔离带分开，使输出的电压信号不掺杂激励信号，结果更加真实准确。使用Owen交流电桥进行检测。结果表明：谐振梁尺寸较小时，分子力对谐振梁非线性振动影响较大。在忽略与考虑分子力时，相对误差分别为4.706%与1.971%，考虑分子力时理论值更加贴近于实测值。十字型微谐振梁的品质因数为105.8，较传统一字梁，检测信号更为明显。
关键词：微机电系统；非线性振动；分子力；多场耦合；十字型谐振梁
2023 Vol. 42 (1): 308-317 [
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318
增材制造BCCZ点阵夹芯梁结构的自由振动分析
>张武昆1,2，谭永华3，高玉闪1,2，王珺1,2，赵剑1,耿小亮4
通过理论、有限元和试验方法研究了悬臂边界条件下BCCZ(体心立方点阵边界添加Z向杆件增强构型)点阵夹芯梁结构的振动行为。基于哈密顿原理和“改进折线”法，获得其振动频率理论模型。并使用SLM(选择性激光熔融)技术和钛合金TC4材料制备了BCCZ点阵夹芯梁试件，进行了模态试验，有限元和试验验证了理论模型的准确性。然后研究了胞元直径、面板厚度和芯子高度等结构几何参数和材料性能对BCCZ点阵结构振动性能的影响规律。结果表明：减小胞元直径，减小面板厚度，提高芯子高度均可以提高BCCZ点阵夹芯梁结构的一阶固有频率参数(一阶固有频率与同质量同面板面积的实体结构之比)，胞元直径的影响最明显。面板-芯子-面板材料组合为钛-铝-钛时一阶固有频率最高。研究结果对BCCZ点阵夹芯结构的设计及工程应用具有一定的指导意义。
2023 Vol. 42 (1): 318-325 [
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326
汽车后空调顶棚风管气动噪声数值仿真分析及优化
>黄毅，王伟江，秦望,龙书成，付玉乐
先通过半消声室噪声测试和主观评价确认了某大型SUV车型后空调高档运行时顶棚风管主要噪声问题表现为200~450Hz频带的低频轰轰声，然后基于大涡模拟（LES）和声类比FW-H方程相结合的方法对包含乘员舱的顶棚风管CFD模型进行流场和声场数值仿真计算，并分析了顶棚风管内导流片处涡流压力脉动和声模态引起该低频带噪声的机理，最后在不影响出风口风量分配比例的基础上进行导流片的结构优化，优化方案计算结果表明导流片附近的涡流强度和监测点200~450Hz频带的压力脉动显著降低，该频带的总声压级降低4.8 dB(A)，三处峰值平均降低5.5dB(A)。
2023 Vol. 42 (1): 326-334 [
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