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2023年 42卷 11期刊出日期：2023-06-15



论文

论文

	1	黏弹性Pasternak地基上两跨连续Timoshenko梁横向自振特性分析
		>余云燕1，付艳艳1，张伟2
		以黏弹性Pasternak地基上的Timoshenko梁为研究对象，研究其在两端简支、两端固支、简支-固支边界条件下的单跨地基梁及两跨连续地基梁（等跨和不等跨两种工况）的自振频率、衰减系数和模态。基于回传射线矩阵法，根据各种约束条件下的节点耦合条件，推导横向振动频率方程，通过观察两跨连续地基梁与单跨地基梁的频率方程，并通过具体算例，研究两跨连续地基梁与单跨地基梁自振频率之间的联系与区别，进一步给出前三阶模态。结果表明：两等跨连续地基梁自振频率方程可分为两个部分，且这两部分分别与两端简支和简支-固支边界条件下单跨地基梁的频率方程形式类同；其奇数阶自振频率与两端简支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相等，而其偶数阶自振频率则与两端固支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相同；不等跨的两跨连续Timoshenko地基梁的模态函数曲线幅值随阶数的增加降低最快。
		2023 Vol. 42 (11): 1-10 [摘要] ( 197 ) HTML (1 KB) PDF (1220 KB) ( 84 )

	11	高液压水体中近壁面空化气泡坍塌的动力学特性研究
		>廖斌，杨在贺，卜洋，陈善群
		基于6方程多相流模拟理论并结合Keller–Miksis方程半解析解进行对比验证，建立了适用于研究高液压水体中近壁面空化气泡坍塌问题的数值模型。选取周围水体p∞ = 106Pa、p∞ = 107Pa、p∞ = 108Pa三种高液压工况以及S = 0.1R0、S = 0.4R0、S = 0.7R0、S = 1.1R0四种空化气泡与壁面之间间距工况对高液压水体中近壁面空化气泡坍塌的动力学特性进行系统探究。结合数值纹影、压力场无量纲化等后处理技术，对不同组合工况下空化气泡坍塌演变、压力波生成与传播以及壁面径向原点位置压力峰值进行了详细地对比分析，并深入揭示了周围水体液压以及气泡与壁面之间间距对于近壁面空化气泡坍塌动力学特性的影响规律和内在机理。
		2023 Vol. 42 (11): 11-18 [摘要] ( 104 ) HTML (1 KB) PDF (2407 KB) ( 60 )

	19	基于自适应集成补丁变换的齿轮故障诊断方法
		>潘海洋,殷学林,郑近德,童靳于
		针对集成补丁变换（Ensemble Patch Transformation, EPT）进行信号分解时易出现模态混淆和参数无法自适应的问题，论文提出一种基于自适应集成补丁变换（Adaptive Ensemble Patch Transformation, AEPT）的齿轮故障诊断方法。在AEPT分解过程中，首先通过极值约束获得若干个采样点，并以此完成信号局部划分，实现信号降噪；然后，结合极值点周期设置补丁参数，搭建集成补丁结构；最后，通过迭代和筛分将任意一个非线性非平稳信号自适应地分解为若干个瞬时频率具有物理意义的集成补丁分量（Ensemble Patch Component, EPC）。通过调幅仿真信号、齿轮故障仿真信号和实际齿轮裂纹信号进行实验验证，结果表明，AEPT方法在抑制模态混淆、鲁棒性等方面拥有明显的优势，可以有效的完成齿轮故障诊断。
		2023 Vol. 42 (11): 19-26 [摘要] ( 145 ) HTML (1 KB) PDF (2051 KB) ( 72 )

	27	基于不同地基隔震体系的两层三跨地铁地下车站结构抗震性能分析
		>张广宇1，庄海洋1,2，许紫刚2，王建宁3
		针对两层三跨地铁地下车站结构的地震破坏特征，本文采用水泥橡胶砂混合土作为地铁地下车站结构周围回填地基隔震层，建立三种不同地基隔震体系的土-隔震层-地下结构静、动力耦合非线性动力相互作用的二维有限元计算模型，分析了不同地基隔震层设置方案对地铁地下车站结构的相对层间位移角、加速度反应、震后残余变形和混凝土地震损伤破坏等地震反应的影响规律。结果表明：在地下车站结构周围地基设置水泥橡胶砂隔震层可以有效地减轻地下车站结构的地震侧向变形，尤其是在四周都采用隔震材料回填时效果最好；总体来看，在车站结构周围采用不同地基隔震的方法均可以有效地减轻地下车站结构的惯性力和混凝土地震损伤程度，提高了结构的整体抗震性能，从经济角度和施工方便出发，建议优先选用在地下车站结构两侧设置地基隔震层。
		2023 Vol. 42 (11): 27-33 [摘要] ( 119 ) HTML (1 KB) PDF (2832 KB) ( 55 )

	34	轴向载荷对任意弹性约束梁固有频率影响的新分析
		>鲍四元，吴佳丽，沈峰
		本文对Bernoulli-Euler梁受轴向载荷时的横向振动特性进行分析。首先获得满足受轴向载荷梁自由振动微分方程的挠度函数的解析表达式，并给出两端为任意弹性约束梁固有频率方程的解析形式，从而可求解出各阶频率和对应的各阶模态。其次，得到5种经典边界条件下受轴向力梁频率方程的简洁形式，选取其中4种边界条件梁进行数值计算。所得结果与利用动刚度法与Wittrick-Williams算法的结果一致。然后，对于5种含有弹性约束边界且受轴向载荷梁，给出其固有频率方程的解析形式及特定轴向力下频率的数值解。所得解析频率方程是精确的，可校核其他数值方法的精度，且在振动优化和模态分析上具有较好的参考价值。结果表明:在轴拉作用下梁的无量纲频率明显比在轴压作用下梁的无量纲频率大；且轴拉时梁无量纲频率随着轴向拉力的变大而逐渐变大；轴压时梁的无量纲频率随轴压力的变大而变小,其中轴压力的值应不超过欧拉临界力。本文还给出若干种边界条件时轴力对梁基频影响系数的实用公式，误差不超过1%。
		2023 Vol. 42 (11): 34-41 [摘要] ( 103 ) HTML (1 KB) PDF (965 KB) ( 60 )

	42	基于粘聚单元法的冰-柱碰撞流固耦合计算方法研究
		>姬贺港1,张健1,李越2
		在采用粘聚单元法模拟海洋结构物与海冰的相互作用过程中，大多未考虑水的作用，与实际应用场景不符。基于LS-DYNA有限元软件，构建两种不同厚度的粘聚单元冰模型，采用S-ALE流固耦合方法，对圆柱体直立结构与层冰碰撞进行了数值模拟，研究了碰撞过程中层冰的破坏模式及柱体所受冰载荷，数值模拟结果与实际观测现象相吻合。随后分析了流场网格大小对耦合效果及冰载荷的影响。结果表明：柱体所受冰载荷与流场网格呈正相关，当流场网格为冰体单元的2倍时，计算时间及耦合效果最佳。
		2023 Vol. 42 (11): 42-47 [摘要] ( 142 ) HTML (1 KB) PDF (2494 KB) ( 64 )

	48	嵌入式轨道超弹性力学属性对轮轨动态作用的影响研究
		>何傲男1,2,王凯1,2,徐井芒1,2,郝超江1,2,廖涛1,2,王平1,2
		嵌入式轨道结构内的聚氨酯填充材料具有非常明显的超弹性力学特性，对轨道系统的力学行为及振动噪声有较大影响。为研究填充材料超弹性特性对嵌入式轨道轮轨系统动力特性的影响，以焊接接头不平顺为例，建立了考虑填充材料超弹性本构的嵌入式轨道三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型，分析了焊接接头不平顺对嵌入式轨道轮轨瞬态滚动接触力学行为的影响。结果表明：考虑填充材料超弹性本构的嵌入式轨道模型可以很好的模拟高分子材料受到外力冲击时的能量转换及减振过程。焊接接头不平顺中的短波不平顺波长和波深对轮轨冲击响应的影响十分显著。轮轨冲击载荷随车速的增加而增大，所对应的轮轨动态响应主频频段也会明显上移。钢轨表面接触应力极值出现的位置与焊缝几何形状关系很大，接触斑面积和接触应力的峰值基本出现在焊缝的低塌处。聚氨酯填充材料在对于较低频率（400Hz以下）的振动的抑制作用不明显，对500～2000Hz的高频振动具有良好的抑制作用，嵌入式轨道的减振特性表现出一定的频率相关性。
		2023 Vol. 42 (11): 48-57 [摘要] ( 98 ) HTML (1 KB) PDF (5304 KB) ( 44 )

	58	翼面效应对并联振荡水翼获能功率的影响
		>何广华1,2,3，谢鸿飞1，王威1，莫惟杰1,3，杨豪1
		为分析翼面效应对并联振荡水翼获能功率的影响，本文基于重叠网格技术建立了水翼并联运动的数值模型，并进行了有效性验证。利用所建的数值模型针对小间距下双水翼的水动力性能进行了分析，研究了翼间距对双翼翼面效应（Wing-In-surface-Effect）的影响；并根据翼面效应的增益效果，进一步研究了三水翼运动的复杂问题，并计算了其平均功率系数。研究结果表明：减小水翼最小间距会增强翼面效应；双翼系统的平均功率系数会随着水翼间最小间距的减小而增大；三翼系统的平均功率系数大于双翼系统。通过以上研究可知：翼面效应会提高水翼的平均功率系数，水翼个数的增加会提高水翼的平均功率系数。
		2023 Vol. 42 (11): 58-64 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB) PDF (2676 KB) ( 20 )

	65	基于全局-局部欧拉弹性判别投影的旋转机械故障诊断方法
		>苏树智1，2，张茂岩1，方贤进1，2，朱彦敏3
		故障诊断方法通常对异常值敏感，并且难以同时提取全局和局部判别信息，从而导致低维判别特征子集类间分离性不佳，针对该问题提出了一种基于全局-局部欧拉弹性判别投影（Global-Local Euler Elastic Discriminant Projection，GLEEDP）的旋转机械故障诊断方法。该方法通过余弦度量将高维故障特征映射到欧拉表示空间，扩大异类故障样本间的差异，然后在该空间中构建了基于全局、局部及类间散布三个目标函数的最优化模型，实现了在保持整体结构的基础上，进一步提高低维判别特征子集的局部类内聚集性和全局类间分离性。在轴承和齿轮箱两个机械故障数据集上的实验结果表明，所提方法可以有效发掘故障判别信息，具有优越的故障诊断性能。
		2023 Vol. 42 (11): 65-74 [摘要] ( 99 ) HTML (1 KB) PDF (2481 KB) ( 50 )

	75	架空输电导线不均匀脱冰跳跃高度计算
		>张宇卓1，江岳2，李小亭2，周文武2，谭浩文2，张小力2，孙清1
		输电线覆冰在升温、自然风或人为外力作用下会发生覆冰整档或一档内部分位置脱冰，引起输电线跳跃，导致导线相间或导地线间闪络、线路跳闸、断股断线以及输电塔失稳倒塌等事故，严重威胁电力系统安全。本文参照实际750kV输电线路工程，建立连续档分裂导线有限元模型，分析档数、档距、高差、覆冰厚度、风速、脱冰率和绝缘子串长度等因素对导线均匀和不均匀脱冰跳跃高度的影响；讨论均匀和不均匀两种脱冰方式下导线脱冰跳跃高度之间的联系，定义不均匀脱冰时发生脱冰的导线长度为换算档距；对比现有导线冰跳高度计算公式的准确性，提出不均匀脱冰跳跃高度系数。结果表明：当脱冰荷载相同时，不均匀脱冰引起的脱冰跳跃高度更大；不均匀脱冰时冰跳高度与换算档距下完全脱冰的冰跳高度存在一定比例关系；建立了导线均匀脱冰和不均匀脱冰跳跃高度计算公式，所提均匀脱冰跳跃高度计算公式的最大相对误差为11.8%，不均匀脱冰跳跃高度计算公式相对误差大于10%的结果仅占结果总数的13.2%，计算精度较高，有助于线路设计时确定相地或相间安全间隙。
		2023 Vol. 42 (11): 75-86 [摘要] ( 88 ) HTML (1 KB) PDF (2741 KB) ( 40 )

	87	多稳态匹配随机共振在机械早期故障特征提取中的应用
		>谯自健1,2,3,4,陈帅1,马莉5,赖志慧6,刘健7,许学方8,梅一丹9
		传统单稳态或双稳态随机共振方法的势函数稳态结构单一，难以匹配复杂多变的输入信号；固定尺度因子忽略了与势结构、输入信号之间的协同增强作用；且一阶系统易遭受低频噪声干扰，依赖高通滤波器辅助。因此，提出自适应二阶多稳态匹配随机共振方法，并应用于机械早期故障的微弱特征提取。该方法的优势在于：（1）多稳态势结构的多样性可与不同的输入信号实现有效匹配；（2）能实现输入信号、势结构、尺度因子三者之间的协同作用；（3）二阶多稳态随机共振能够抑制低频噪声干扰。仿真分析和机车轴承故障诊断案例表明：提出的方法相比单稳态和双稳态随机共振方法具有更强的微弱特征增强与提取能力。
		2023 Vol. 42 (11): 87-95 [摘要] ( 165 ) HTML (1 KB) PDF (2779 KB) ( 39 )

	96	基于导波的钢板-混凝土界面粘结性能评价研究
		>许颖，徐婷婷，栗悦荣
		通过基于导波的宽带激励信号对不同脱粘情况下的粘钢加固混凝土二维有限元模型的界面脱粘缺陷进行检测,在此基础上对带有不同脱粘缺陷的粘钢加固混凝土试件进行实验探究，通过模态分析法和小波包能量谱法对接收信号进行信号处理，发现通过未知构件与完全粘结试件之间的归一化互相关系数可判断钢板-混凝土界面是否脱粘；通过模态分析法，根据一次反射模态导波A0/A0的到达时间和脱粘指标可定量判断脱粘的位置；通过小波包能量谱分析方法可判定脱粘的程度。本方法为实际工程中的钢板-混凝土界面脱粘检测提供理论与技术支撑。
		2023 Vol. 42 (11): 96-106 [摘要] ( 82 ) HTML (1 KB) PDF (3379 KB) ( 38 )

	107	隧道衬砌混凝土/岩石组合体动力学特性数值模拟研究
		>高欢1，翟越1,2，汪铁楠1，谢怡帆1，李艳1,2
		为探讨混凝土-花岗岩组合体的动态破坏机理，采用 LS-DYNA 软件建立分离式霍普金森（SHPB）压杆数值模型，模拟了组合体在不同冲击荷载、主动围压、节理接触面积（JMC）、锯齿形状和界面倾角下的 - 关系、强度特性和能量特性。结果表明：组合体的抗压强度与围压、JMC 和冲击压强呈正相关，随界面倾角 α 的增大（0→90°）呈“U”形变化，倾角 α 接近材料破坏角 45°时组合体破坏最严重，耗散能最大；界面的存在使得应力波在混凝土-岩石试件中传播更为复杂，组合体动态峰值抗压强度的大小主要取决于混凝土，具有明显的应变率、围压增强效应；同一入射能作用下，其值接近组合材料屈服极限时，混凝土-花岗岩、花岗岩-混凝土组合体和混凝土单体的反射能接近，相比混凝土单体，波阻抗大的岩单体透射能大，吸收能小；组合体破碎形态主要表现为混凝土的劈裂和压剪破坏。研究结果有助于理解组合岩层的动态破坏规律。
		2023 Vol. 42 (11): 107-114 [摘要] ( 106 ) HTML (1 KB) PDF (3432 KB) ( 56 )

	115	催化剂加料器计量组件摩擦自激振动分析
		>张宏，张文涛，侯集，张嘉
		针对聚乙烯生产中催化剂加料器强制下料故障频发的问题，本研究基于加料器计量组件摩擦副接触不紧密引发强制下料的观点，提出通过分析计量组件摩擦自激振动特性探究强制下料发生机制的新思路，应用有限元复特征值法对计量组件摩擦自激振动特性进行了分析，分析表明现役计量组件在正常工况下易发生摩擦自激振动，且摩擦自激振动会改变浮动盘与计量盘之间的接触状态，是引发强制下料的重要原因。进一步地，将参数不确定性引入计量组件系统，基于响应面代理模型对系统摩擦振动性能进行可靠性评估，结果显示计量组件在考虑参数不确定时较理想设计状态更容易发生摩擦自激振动，摩擦振动性能亟待提高。参数全局灵敏度分析结果表明优化浮动盘相关参数是提升系统摩擦振动性能的重点，最后，结合参数影响性分析，从摩擦振动的角度给出了计量组件改进具体措施。以上研究结果可为加料器强制下料发生机制研究及计量组件优化设计提供有益参考。
		2023 Vol. 42 (11): 115-121 [摘要] ( 64 ) HTML (1 KB) PDF (1568 KB) ( 19 )

	122	钢筋混凝土梁冲击后剩余承载力及承载机制研究
		>仝朝康，张景峰，冀豪豪，杜威，荀非帆
		冲击后剩余承载性能是评估结构抗冲击性能的重要指标。为研究钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁冲击后剩余承载力及损伤后承载机制，对12片简支RC梁进行了落锤冲击以及冲击后静力加载试验，基于显式动力有限元分析方法对冲击及其冲击后静载全过程进行了仿真模拟，探讨了冲击能量和构件参数（拉筋率、压筋率、箍筋率和混凝土强度）对RC梁冲击后剩余承载性能的影响，基于试验和数值模拟数据得到了损伤后RC梁剩余承载力的预测公式，分析了影响冲击损伤RC梁剩余承载力的本质原因。研究结果表明：RC梁冲击接触局部区域混凝土破损，跨中区域产生较为严重的垂直裂缝和斜裂缝；随着冲击能量的增大，梁的冲击损伤更为严重。不同冲击参数下RC梁的承载力发生不同程度的下降，受压钢筋和箍筋配筋率的增加降低了承载力退化程度，而增加受拉钢筋配筋率虽然可以提高RC梁原始承载力，但其冲击后承载力下降比例也越大，混凝土强度下对于受冲击损伤的RC梁残余性能没有显著的影响。冲击后RC梁承载力下降与否与其在极限状态的破坏控制模式相关。
		2023 Vol. 42 (11): 122-130 [摘要] ( 114 ) HTML (1 KB) PDF (3351 KB) ( 35 )

	131	异形孔水包爆破围岩粉碎范围研究
		>张学富1，2，李宁杰3，周杰1，2，韩风雷1，2，张建1，2
		隧道掘进中光面爆破的超欠挖、开挖轮廓线不光滑及爆破效率低是施工中最为关心的问题。针对异形孔水包爆破破岩机理的问题，本文基于岩石爆破损伤分区理论，拟合并推导出异形孔水包爆破的孔壁冲击力计算式P_d=3028.4K_d^(-1.021)及围岩粉碎区的计算式R_c=(P/N[P_r])^(1/α) (r_b+l)。以重庆市黔江区正阳镇隧道为依托，以自制钻头为工具，通过异形孔水包爆破与常规爆破的对比实验以及岩石爆破损伤阈值的数值模拟，验证了计算式的可靠性。结果表明：前者公式拟合精度为R^2=0.996，后者围岩粉碎范围的理论值与实测值吻合；该爆破方式即使在复杂岩石节理中也能产生光滑的隧道开挖轮廓线；炸药径向不耦合系数K_d≤1.5内，炸药量的增加对围岩粉碎区的影响甚少，其主要对破裂区产生影响。
		2023 Vol. 42 (11): 131-138 [摘要] ( 98 ) HTML (1 KB) PDF (2409 KB) ( 23 )

	139	基于改进LuGre摩擦模型的阀控缸系统非线性控制策略研究
		>高炳微1,2，申伟1,2，戴野1,2，关昊1,2
		针对具有高度非线性的电液伺服系统控制问题，提出了一种适用于伺服系统的摩擦模型，利用遗传算法对所建立的摩擦模型进行参数辨识，获得了精确的摩擦力矩数学模型，并将其作为前馈补偿加入非线性控制中,以减小摩擦非线性对电液伺服系统的影响。为解决伺服系统换向过程中易出现的抖振现象，设计了一种基于摩擦模型前馈补偿的模糊变系数自抗扰控制器。基于类双曲正弦函数设计了状态误差反馈控制部分，平滑切换点处的输出抖动，在此基础上结合模糊自适应控制方法，通过误差和误差微分对非线性状态反馈系数进行调节。研究表明上述控制策略能够有效提高系统响应速度、收敛速度、稳定性和鲁棒性，降低了对摩擦的过补偿、欠补偿的影响，对伺服系统换向和速度零点处的抖振具有较好的抑制作用。
		2023 Vol. 42 (11): 139-147 [摘要] ( 119 ) HTML (1 KB) PDF (2300 KB) ( 32 )

	148	一种优化轴速提取方法以及在风机故障检测中的应用
		>蔡泽锴1，余立超1，吴太欢1，罗华耿1，张方红2，张宁3，周庆梅3
		在风机故障监测中,同步采集和同步分析技术能够有效地减缓风机变速旋转导致的频谱能量弥散现象，使损伤特征频率能量集中，从而易于实现故障的精准检测。然而由于现有的风机故障检测系统通常并未配有速度传感器，因此从风机振动信号中提取瞬时轴相位是实现同步采集与分析技术的前提和关键。现有的相位解调轴速提取方法往往由于带宽的选择问题导致难以得到较为精确的相位信息，本文提出了一种优化轴速提取方法(OSSE)，该方法基于代价函数脊线追踪(OSCF)、最优带宽搜索及基于解析信号的相位解调方法对风机轴速进行提取。仿真结果表明，本方法能够获得精确的相位信息，使用该相位信息对原始振动信号同步重采集，可以得到清晰的阶次谱。最后利用某风场实际采集的风机振动数据进行验证，所得结论与仿真结果一致，证明了本方法的有效性和准确性。
		2023 Vol. 42 (11): 148-155 [摘要] ( 81 ) HTML (1 KB) PDF (1804 KB) ( 37 )

	156	基于优化时谱图神经网络的电力系统多元混沌时间序列预测
		>卢英东,韦笃取
		电力系统是强耦合、多变量系统，对其多元混沌时间序列预测是当前研究难点。本文提出了一种基于优化的时谱图神经网络，用于电力系统的混沌预测。首先利用潜在相关层挖掘多元时间序列之间的相关性，然后通过序列转换单元将时间序列转换为频域信号并学习其特征，最后结合多种算法优化模型实现更好的预测效果。实验表明经优化后的时谱图神经网络不仅能对电力系统的多状态变量进行混沌预测，而且比其他参考模型具有更高的预测精度和稳定性。
		2023 Vol. 42 (11): 156-162 [摘要] ( 96 ) HTML (1 KB) PDF (1221 KB) ( 26 )

	163	基于高维时空张量CP分解的风速监测缺失数据恢复
		>许学方1,胡诗婷1,时培明1,李瑞雄2,李志3
		“大数据”时代的到来为风机健康监测带来了新机遇，然而，风机往往运行在极端恶劣环境下，监测数据中夹杂了大量缺失值，数据质量无法保障，进而会制定有误的运维指导策略。为保证风速监测数据质量，提出了基于高维时空张量CP分解的风速监测数据缺失值恢复方法。首先构建包含时空信息的四阶张量，接着，利用CP分解将张量分解为多个因子矩阵，再通过加权张量将恢复缺失数据转化为求解目标函数最小值，最后根据因子矩阵重构张量，从而获得缺失处原始信息值。利用提出方法与GPR、GRU、LSTM、SWLSTM等传统方法对某风电场的缺失数据进行恢复，结果表明：相比传统方法，提出方法的R2最接近1，MAE等误差指标均为最小，具有最高拟合度，从而验证了提出方法有效性。
		2023 Vol. 42 (11): 163-169 [摘要] ( 118 ) HTML (1 KB) PDF (2459 KB) ( 53 )

	170	非线性浮置板轨道减振系统的工程化设计研究
		>刘韦1，2，杜香刚1，肖俊恒3，杨军2,朱光楠4，江成1,杨吉忠5,郭有松6
		针对传统浮置板轨道低频隔振性能差和轨道系统振动响应大的问题，本文在对浮置板隔振器载荷特征分析的基础上，提出了系统设计优化目标，基于非线性阻尼隔振技术和动力吸振技术，通过理论分析、数值仿真、实尺轨道试验与在线测试相结合的方法，研发了非线性浮置板轨道系统及其部件，并完成了工程落地。研究表明：非线性阻尼、动力吸振器和非线性浮置板系统对浮置板一阶固有频率附近的隔振器支反力、浮置板振动加速度和隧道壁分频振级有较好的振动控制作用，其中非线性浮置板系统（非线性阻尼隔振器与动力吸振器的组合）的减振效果最明显（低频减振效果明显），非线性浮置板轨道系统可以较好抑制动力吸振器在偏离设计频率时出现的振动放大问题；动力吸振器的振动加速度大于浮置板振动加速度，而两者位移基本相当，表明动力吸振器可以较好的吸收浮置板轨道的振动，而不会产生较大的相对位移，保证列车的行车安全性。
		2023 Vol. 42 (11): 170-182 [摘要] ( 79 ) HTML (1 KB) PDF (7242 KB) ( 83 )

	183	新型十字形负泊松比蜂窝结构的抗冲击性能
		>刘涛1，肖正明1，黄江成1，刘卫标2
		负泊松比力学超材料具有高可设计性、轻量化以及抗冲击方面的优势，引起学者们的关注，对内凹六边形结构、手性结构等经典构型进行了广泛研究。提出了一种新型的十字形负泊松比蜂窝结构，基于能量法对该结构泊松比的解析式进行了推导，所得解析解与有限元结果吻合良好，证明了推导方法的有效性；针对不同冲击速度和不同杆长比例系数的十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线以及能量吸收特性进行了研究。结果表明：杆长比例系数越小，泊松比越小；冲击速度和杆长比例系数会影响十字形蜂窝结构的变形模式、冲击载荷下的名义应力应变曲线和平台应力；十字形蜂窝结构的体吸能在中速冲击下会随应变增大出现增长加快现象，而高速冲击下体吸能增长趋势不再随应变增大出现加快但呈现出规律的波浪形增长。
		2023 Vol. 42 (11): 183-192 [摘要] ( 121 ) HTML (1 KB) PDF (5079 KB) ( 61 )

	193	采用最优集成学习的小样本电磁脉冲信号分类
		>王雪晴1,2,3，刘小军1,2,刘艳4,程璐1,2,3,许鑫1,2,纪奕才1,2，方广有1,2
		闪电与核爆电磁脉冲分类是核检测系统中的关键问题，其主要难点便是其正负样本不均衡程度可达到，因此我们提出了一种名为SMALLBAG的集成学习分类方法。针对小样本问题，通过对少数类样本进行数据增强和多数类样本重采样的方法重新构建新的训练数据集，分别提取时域、频域、小波域的特征以表征信号。针对样本不均衡问题，提出了基于新采样数据集的集成学习方案，减少样本不均衡影响同时提高分类准确率。该模型能够在保证准确率的同时保证实时性要求，实验结果显示识别准确率可达99.99%，测试速度为每个样本0.67ms。
		2023 Vol. 42 (11): 193-198 [摘要] ( 79 ) HTML (1 KB) PDF (840 KB) ( 29 )

	199	变初位数据增强和深度特征提取的工业机器人末端抖动状态识别
		>陈仁祥1，谢文举1，杨宝军2，胡小林3，潘升1
		针对实际工程中工业机器人末端抖动程度难以通过简单指标进行有效区分，且识别过程存在外部干扰大、抖动位置分布不均的问题，提出了变初位数据增强和深度特征提取的工业机器人末端抖动状态识别方法。首先，利用陷波滤波器滤除工业机器人末端振动信号中的工频干扰，并通过均方根阈值搜索抖动位置及改变搜索初始位置数据增强的方式，获取充足且能展现工业机器人运动状态的末端抖动数据；其次，采用连续小波变换对末端抖动数据进行分解以获得可充分保留末端抖动冲击与震荡特征的时频图；最后，为缓解特征降维及工况变化的影响，运用去除池化层和添加批归一化的卷积神经网络，对时频图进行深度特征提取和分类，从而实现工业机器人末端抖动状态识别。实验结果表明，所提方法在不同传感器采集方向识别准确率均达到90%以上，证明了该方法能够有效识别工业机器人末端抖动状态，并具有较好的泛化性和稳定性。
		2023 Vol. 42 (11): 199-206 [摘要] ( 75 ) HTML (1 KB) PDF (2868 KB) ( 33 )

	207	静磁力作用轴向运动铁磁薄板非线性固有振动
		>穆媛1,2，胡宇达1,2
		针对面内轴向运动铁磁矩形薄板，研究静磁力作用且具有不同边界约束非线性系统的固有振动问题。根据电磁理论给出铁磁矩形板在外加磁场环境下所受的磁化力；基于动能和应变能的表达形式，应用哈密顿变分原理，推得轴向运动铁磁薄板的磁弹性非线性振动方程。考虑四边简支、对边简支对边自由、对边简支对边夹支的三种不同边界约束类型，通过伽辽金法进行离散，得到横向常磁场作用下薄板的非线性常微分振动方程，确定静磁力作用下板的静挠度。应用KBM法求解，得出非线性自由振动系统的位移解析解和固有频率表达式。应用Matlab软件进行数值计算，绘制了固有振动随轴向速度、磁场强度、初值等的变化规律，并进行了对比分析。结果表明：固有振动频率随轴向速度和磁场强度的增加而减小；振动频率与初值有关且随初值的增加而增大，非线性特征明显；不同材料和不同边界条件直接影响着板所受的静磁力和静挠度。
		2023 Vol. 42 (11): 207-214 [摘要] ( 68 ) HTML (1 KB) PDF (2962 KB) ( 32 )

	215	基于物理模拟的不同射流倾角下击暴流风场特征
		>李波1,2，李若琦1，田玉基1,2，李鹏1，杨庆山2,3
		利用物理模拟器生成下击暴流风场，研究了射流倾角对风速、气压等下击暴流风场特性的影响。结果表明：下击暴流风场同时具有水平风和竖向风，当存在射流倾角时，下击暴流风场对称性消失，下击暴流背侧竖向风速峰值大于前侧，且背侧竖向风速随倾角的增加而增大，射流倾角达到20°时，背侧竖向风速峰值比无倾角时增加67%；前侧水平风速峰值大于背侧，且前侧水平风速随倾角的增加而增加，射流倾角达到20°时，前侧水平风速最大比无倾角时增加50%，背侧水平风速则快速减小。随射流倾角的增加，出流下方区域正压值增加，其余位置受倾角的影响不大。
		2023 Vol. 42 (11): 215-222 [摘要] ( 85 ) HTML (1 KB) PDF (2928 KB) ( 32 )

	223	不同圆角率的方形断面斯特罗哈数的雷诺数效应研究
		>杨群1, 2，于畅2，刘小兵1, 2，刘庆宽1,2
		通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方形断面及圆角率为0.1、0.2、0.3和0.4的方形断面在不同风向角下、雷诺数Re=0.8×105~3.6×105范围内的表面风压。在获得气动力系数时程的基础上，通过分析升力系数功率谱在试验雷诺数范围内的变化，讨论了圆角率和风向角对斯特罗哈数雷诺数效应的影响规律。结果表明：在试验雷诺数范围内，各风向角下标准方形断面与圆角率为0.1的方形断面斯特罗哈数均基本不受雷诺数的影响；圆角率为0.2、0.3和0.4的方形断面斯特罗哈数分别在0°~2.5°、0°~7.5°和0°~12.5°的小风向角对雷诺数比较敏感，出现了大幅突升现象，圆角率越大，对雷诺数敏感的风向角范围越大。
		2023 Vol. 42 (11): 223-231 [摘要] ( 87 ) HTML (1 KB) PDF (3238 KB) ( 182 )

	232	一种悬臂梁组合几何非线性结构准零刚度隔振器研究
		>周兴华1，杨啸2，孙晓1，张建海1
		为拓宽被动隔振器的隔振频率范围，实现低频甚至超低频隔振，研究了一种由负刚度机构与线性弹簧并联构成的准零刚度隔振器，其中负刚度机构由悬臂梁组合几何非线性结构构成。建立隔振器的静、动力学模型，得出了隔振器的恢复力-位移、刚度-位移曲线；分析隔振器在力激励下的幅频响应特性和稳定性，得出了阻尼及激励幅值对其隔振性能的影响规律。设计搭建机械式振动实验装置，对隔振器进行实验研究。理论分析及实验结果表明，在相同静态承载力下，所设计隔振器较对应线性隔振器，隔振频带更宽、隔振性能更优。本研究为准零刚度隔振器的设计提供了新的思路。
		2023 Vol. 42 (11): 232-239 [摘要] ( 120 ) HTML (1 KB) PDF (2563 KB) ( 49 )

	240	深海采矿水力提升管多场多尺度耦合非线性振动特性
		>王普柽1,2，郭晓强1，柳军3，罗杰3，曾林林3，何玉发4
		针对深海水力采矿提升硬管流致振动失效问题，采用有限元法、Hamilton变分和虚功原理，建立了多场多尺度耦合作用下深海水力采矿提升硬管非线性振动模型，采用尾流振子模型模拟外部流体对大长径比提升硬管的非线性流体力，考虑了自身纵-横向耦合效应、外部海洋涡激效应以及内流流致振动效应。通过理论计算结果与模拟实验测量数据对比，验证了模型的有效性。研究表明，提升硬管在考虑纵横向耦合、涡激振动和大变形等非线性因素下，提升硬管的振动具有高度非线性特征。随着中间仓质量的增加，提升硬管的顺流向偏移量和均方根应力减小，横流向振动频带分布更广，其顶端受到的轴力更大。小周期、大幅值的波浪对提升硬管的振动、应力和顶端轴力影响颇为明显。
		2023 Vol. 42 (11): 240-251 [摘要] ( 102 ) HTML (1 KB) PDF (6566 KB) ( 23 )

	252	基于单通道盲源分离的结构模态参数识别
		>甄龙信，任良，董前程
		针对基于传统盲源分离算法的结构模态参数识别需要满足传感器数目不少于源信号数目的问题，提出一种基于单通道盲源分离的结构模态参数识别方法，该方法利用单个通道信号即可完成结构模态参数识别。首先，利用同步提取变换（Synchro Extracting Transform，SET）对单通道观测信号进行时频分析以确定变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）参数的取值；其次，将观测信号利用VMD分解形成个本征模态函数（Intrinsic Mode Function，IMF）；再次，将个IMF进行线性混合形成2维观测信号并与原单通道观测信号重构形成3维观测信号，利用基于信号稀疏性的源信号分离算法分离得到各单模态信号；最后，利用单模态识别技术识别结构模态参数。仿真和实测信号数据表明所提方法的有效性。
		2023 Vol. 42 (11): 252-261 [摘要] ( 121 ) HTML (1 KB) PDF (2869 KB) ( 47 )

	262	卡尔曼滤波器与神经网络串行的轮胎载荷识别模型
		>曾俊玮,季元进,任利惠,周荣笙,李超,杨兴荣
		轮胎载荷是车辆设计和安全性评估的基础数据，对轮胎进行高精度的载荷识别具有重要意义。针对轮胎载荷直接测量昂贵，复杂的现状以及基于纯物理驱动与纯数据驱动的载荷识别方法的局限性，提出一种物理-数据联合驱动的载荷识别模型。该模型由卡尔曼滤波器与神经网络修正模型串行组成，卡尔曼滤波器对载荷进行初步识别，修正模型通过卷积神经网络和长短期记忆网络提取信号的空间和时间特征，预测卡尔曼滤波器的偏差并对识别结果予以修正。以APM300胶轮车辆为例进行载荷识别，结果表明，该串行模式载荷识别模型通过将物理驱动与数据驱动方法有机结合，综合整个系统的规则与经验，有效地克制了参数扰动的影响，提升了载荷识别精度，具有较强的泛化性能，具备一定的工程应用价值。
		2023 Vol. 42 (11): 262-270 [摘要] ( 61 ) HTML (1 KB) PDF (3355 KB) ( 41 )

	271	车间纵向减振器对空簧倾摆式高速列车动力学性能的影响研究
		>李振乾，牛江，池茂儒，罗贇
		为了研究车间纵向减振器对空簧倾摆式高速列车相关动力学性能的影响，在某型高速动车组模型的基础上，考虑了包含倾摆阀的空簧非线性模型，建立了四动四拖八编组空簧倾摆式列车的动力学模型。通过改变车间纵向减振器的刚度阻尼参数分析其对空簧倾摆式列车稳定性、平稳性与曲线通过性能的影响。结果表明：车间纵向减振器能够减小空簧倾摆式列车的车体横移量，改善列车平稳性与曲线通过性能。其中横向平稳性指标值降低0.5%，轮轴横向力降低28.3%，轮轨垂向力降低3.3%，轮重减载率降低14.7%，脱轨系数降低40.9%；加装车间纵向减振器可以抑制空簧倾摆造成的车体1.3Hz摇头振动，摇头角加速度幅值降低25.4%。安装合理参数的车间纵向减振器有利于提升空簧倾摆式列车的动力学性能。
		2023 Vol. 42 (11): 271-277 [摘要] ( 79 ) HTML (1 KB) PDF (2237 KB) ( 32 )

	278	一种用于主动悬架LQG控制器设计权重优化的改进遗传算法
		>段源博，李靖玮，罗建南
		如何实现在不同行驶条件下汽车两大性能的最佳协调（即乘坐舒适性和操作稳定性）是主动悬架设计的关键。在LQG控制器设计中，性能指标的加权系数决定了汽车在当前条件下的各性能间的最佳平衡。而实际中需要考虑的因素来自多个方面，如不同路面的不平度、车辆行驶速度、车载质量、甚至还可能包括不同驾驶员偏好等，因而使得控制器设计中对权重系数的选取较难处理。针对这一难题，提出了一种改进的遗传算法优化方案。根据驾驶人（或乘员）对不同方面的性能需求，建立包含不同权值系数的适应度函数，针对适应度函数设计了典型的优化模式，并通过对惩罚函数值的适当选取来实现对性能指标加权系数的优化。通过不同工况及要求下的仿真，分析了该算法的可行性和有效性。研究结果表明，所提出的权值适应度函数优化方法简单、可行、有效。所设计的改进遗传算法能够高效地优化性能指标的加权系数以实现汽车在当前条件下的不同性能的最佳平衡，从而为主动悬架LQG控制器的设计提供一个有效的方法。
		2023 Vol. 42 (11): 278-283 [摘要] ( 110 ) HTML (1 KB) PDF (1777 KB) ( 37 )

	284	薄壁方管轴向压溃的相似性研究
		>常新哲1，徐绯1，杨磊峰1，王帅1,2，李肖成3，惠旭龙3，王计真3,4
		薄壁方管由于其几何特性导致相似性研究中，厚度无法与长度、宽度按照同一比例进行结构缩放，从而产生几何畸变，造成传统的相似律失效。为了解决这一问题，首先基于轴压冲击问题的响应方程、能量守恒方程，采用方程分析和量纲分析，推导了受轴压冲击作用下理想弹塑性薄壁方管几何畸变时动态响应的相似律。然后，讨论了缩比模型与原型选取同种和不同种材料时的速度比例因子，并在理想弹塑性材料的基础上进一步修正了考虑应变率、应变硬化效应时的速度比例因子。最后，建立有限元模型验证了畸变模型相似律的有效性。结果表明：缩比模型在采用提出的受轴压冲击薄壁方管的相似律进行缩放后，能够准确预测原型的载荷、能量等动态响应，相似性较好。
		2023 Vol. 42 (11): 284-294 [摘要] ( 77 ) HTML (1 KB) PDF (2691 KB) ( 55 )

	295	风驱雨荷载作用下鞍形膜结构动力响应及可靠度研究
		>盘荣杰1，刘长江1，刘坚1，郑周练2，姜苏3，孙源君1，黄伟彬1
		通过有限元数值模拟和风洞试验对鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应及其结构可靠度进行研究。首先，采用Workbench软件中的Mechanical APDL模块与Fluent模块建立鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的模型，将该模型导入ANSYS AUTODYN中求解得到动力响应曲线。然后基于气弹相似理论制作了试验模型，并对试验模型进行风驱雨动力加载试验，从而得到其膜面不同特征点在不同工况下的动力响应数据。通过蒙特卡洛法对数值模拟和试验的动力响应数据进行求解，得到鞍形膜结构的可靠指标。此外，讨论了风雨荷载组合、预张力和矢跨比对鞍形膜结构动力响应与可靠度的影响。最后，将试验与数值模拟进行对比分析，数值模拟结果与试验结果较为吻合。研究发现：风驱雨荷载会使膜结构产生显著的非线性振动，通过增大鞍形膜结构的预张力和矢跨比可有效减小振动响应；在不同参数之间，矢跨比对膜结构可靠度的影响更为显著。论文的研究方法和结果可以为膜结构非线性动力响应研究和基于可靠度理论的膜结构设计提供参考。
		2023 Vol. 42 (11): 295-303 [摘要] ( 69 ) HTML (1 KB) PDF (3171 KB) ( 21 )

	304	基于SSA-VMD的爆破振动信号趋势项去除方法
		>莫宏毅1,2，徐振洋1,2，刘鑫1,2，张久洋1,2，姜厦航1,2
		针对爆破振动信号存在的趋势项干扰问题，提出一种改进变分模态分解(Variational Mode Decomposition，VMD)的趋势项去除方法。该方法采用麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）优化VMD参数，接着对信号进行VMD分解，得到一组模态分量(Intrinsic Modal Function, IMF)。通过均值比法筛选出趋势项分量，然后对剩余分量重构得到去除趋势项的信号。经过仿真信号分析，SSA-VMD相较EEMD在均方根误差、相对范数和最大误差上分别降低了约73%、49%和82%，SSA-VMD对趋势项提取更为充分，识别趋势项的精度更高。同时，SSA-VMD对实测爆破振动信号进行分析，结果表明：该方法消除了爆破振动信号零点漂移现象，信号波形回归到基线中心，主频率趋于合理，提高了信号频谱分析的精度。
		2023 Vol. 42 (11): 304-312 [摘要] ( 138 ) HTML (1 KB) PDF (4215 KB) ( 209 )

	313	重参数化VGG网络在滚动轴承故障诊断中的应用研究
		>丁汕汕1，陈仁文1，黄翊君1，刘飞1，刘昊1，肖安2
		基于神经网络的滚动轴承故障诊断方法训练时，存在诊断准确率低和易受到变工况噪声干扰的问题，提出一种基于重参数化VGG（RepVGG）滚动轴承故障诊断方法。首先，为满足神经网络对数据量的要求，采用数据增强技术来扩充原始数据，然后，使用短时傅里叶变换（STFT）对原始的振动信号处理成单通道时频图，并使用伪彩色处理技术转换成三通道时频图，进一步将数据输入到RepVGG网络的不同结构中进行滚动轴承的故障诊断。最后，在凯斯西储大学滚动轴承数据集（CWRU）上开展实验验证，实验结果表明，RepVGG在变工况及噪声干扰下的平均诊断准确率分别为98.02%、95%以上，高于基于VGG、ResNet的故障诊断模型，有较高的故障诊断准确率且泛化性更好。
		2023 Vol. 42 (11): 313-323 [摘要] ( 114 ) HTML (1 KB) PDF (4359 KB) ( 51 )

	324	车辆和自行车碰撞事故中骑车人下肢损伤风险研究
		>王丙雨1，2，邹俊1，韩勇1，2，OTTE Dietmar3，刘天泉1
		研究车辆与自行车碰撞事故中骑车人的下肢损伤风险，并确定车辆碰撞速度、自行车速度和骑车人特征等参数对骑车人下肢严重损伤的影响。为此，从德国深入事故研究数据库（GIDAS）中挑选出471个带有骑车人下肢损伤的案例，并对其进行描述性统计和成组独立样本T检验，然后使用逻辑回归方法建立自行车骑车人下肢严重损伤风险函数模型，分析车辆碰撞速度、自行车速度和骑车人特征（年龄、身高和体重）对骑车人下肢严重损伤风险的影响。结果表明：车辆碰撞速度、骑车人年龄和体重是影响骑车人下肢严重损伤的显著性因素，其中车辆碰撞速度影响最为显著，其次是年龄和体重，且骑车人的下肢严重损伤风险与车辆碰撞速度、骑车人年龄和体重呈正相关。当汽车碰撞速度为55km/h时，骑车人下肢严重损伤风险几率为50%。
		2023 Vol. 42 (11): 324-330 [摘要] ( 143 ) HTML (1 KB) PDF (1421 KB) ( 47 )

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