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2023年 42卷 13期刊出日期：2023-07-15



论文

论文

	1	粘接界面脱粘损伤的缺陷局部内共振识别方法
		>李志航，肖黎，屈文忠
		粘接结构的界面脱粘将导致结构完整性的破坏，对界面粘接状态进行有效的检测和评估具有重要意义。本文提出一种基于缺陷局部内共振的界面脱粘损伤识别方法，通过建立粘接界面局部缺陷的双自由度非线性模型，利用多尺度方法分析了界面脱粘缺陷局部内共振产生机理，确定了内共振损伤识别方法需要特定的激励条件。以铝梁粘接结构为实验对象，基于表面粘贴的压电作动/传感晶片，产生不同频率和幅值的激励信号，对传感晶片响应信号进行频谱分析，通过缺陷局部2:1内共振出现特有的饱和现象对粘接界面脱粘损伤进行有效识别。仿真与实验的结果表明，内共振饱和现象需要特定激励条件，能够有效放大结构局部缺陷的非线性信号特征，提高了噪声干扰下的粘接结构界面脱粘非线性损伤的检测能力。
		2023 Vol. 42 (13): 1-9 [摘要] ( 169 ) HTML (1 KB) PDF (3283 KB) ( 101 )

	10	基于均匀化的螺旋骨架复合柔性低温管道等效力学性能分析
		>英玺蓬1，耿东岭1，曹慧鑫1，张凯仑1，步宇峰1，杨志勋2，阎军1
		FLNG（Floating Liquefied Natural Gas）是一种集LNG（液化天然气）的液化、存储、装卸为一体的新型海上浮式生产系统，螺旋骨架复合柔性低温管道是其中关键的核心配套装备，然而其结构形式复杂，各结构层之间存在着大量的接触、摩擦等非线性问题，使得理论建模与数值分析求解较为困难。针对螺旋骨架复合柔性低温管道的一维周期性特征，基于渐近均匀化理论的新方法（Novel Implementation of Asymptotic Homogenization method，NIAH），建立螺旋骨架复合柔性低温管道的微单胞模型并施加周期性边界条件，求解得到宏观结构的等效刚度参数。通过与精细有限元模型计算结果对比，发现其等效误差在3.60% 以内，计算成本缩减了约32倍，验证了基于NIAH等效方法的准确性与高效性。此外，针对管道螺旋缠绕结构特征，提出了双对称边界条件施加方法，其结果比传统的单对称边界条件减少了78.00% 的误差。最后，总结了不同周期性边界条件适用的结构特点，为螺旋骨架复合柔性低温管道的结构设计与分析提供了可靠、快速的等效计算方法。
		2023 Vol. 42 (13): 10-16 [摘要] ( 66 ) HTML (1 KB) PDF (1878 KB) ( 34 )

	17	氧化石墨烯/陶瓷球增强聚氨酯SPS复合板抗侵彻性能
		>邹广平1，吴松阳1，杨柳2，唱忠良1，王宣1
		无机填料的加入，能够较大程度上增强聚氨酯的性能，从而使以聚氨酯为芯层的复合结构性能得到提升。为得到具有更好抗侵彻能力的SPS复合板，利用原位聚合法得到氧化石墨烯增强聚氨酯弹性体并对其进行单轴拉压测试，在此基础上加入陶瓷球作为新的增强相，以Q235钢作为面板制备了芯层为石墨烯增强聚氨酯以及石墨烯/陶瓷球增强聚氨酯的SPS复合结构，通过钢球弹的侵彻实验并运用LS-DYNA数值仿真得到两种复合板的弹道极限速度，分析其吸能特性及损伤机理。结果表明：当石墨烯质量分数为0.4wt%时石墨烯增强聚氨酯的压缩模量较纯聚氨酯提高了32.4%，拉伸强度提高了42.6%。在加入陶瓷球后复合板的弹道极限速度提高了20.8%，陶瓷球的碎裂和偏移中断了径向应力的传播，子弹尺寸以外的陶瓷球较为完整。
		2023 Vol. 42 (13): 17-24 [摘要] ( 99 ) HTML (1 KB) PDF (2566 KB) ( 38 )

	25	极限工况车辆非线性模糊MPC控制
		>孙船斌1,2，邓书朝1，殷国栋2
		针对应急转向下车辆的横摆稳定性和侧倾稳定性，研究前轮主动转向（AFS）和直接横摆力矩（DYC）的非线性模型预测MPC集成控制。考虑轮胎侧偏刚度非线性变化，采用Takagi-Sugeon方法（T-S）建立4个车辆横摆-侧倾线性子系统，结合模糊观测器实时获取轮胎动态参数。为消除侧倾稳定性能约束，在T-S框架下建立改进横摆理想参考模型，引入侧倾稳定指标约束期望横摆角速度。根据横摆角速度、质心侧偏角、侧倾姿态的跟踪偏差和控制输入建立二次型评价函数，以驾驶员转向扰动为评价函数附加项，构建无限预测时域MPC最优性能指标，基于分布补偿方法设计非线性系统的模糊控制器MPC-TS，并根据轮胎侧偏特性设计自适应主动转向约束。通过LMIs方法将无限时域的非线性MPC控制转化凸优化过程，推导子系统转向扰动最小值问题的线性不等式。最后联合Trucksim-Simulink软件进行仿真测试，以Sine with Dwell和Fishhook曲线为驾驶员输入模拟应急转向过程，结果表明：在驾驶员应急转向的强非线性过程，MPC-TS方法能够显著增强横摆稳定性和侧倾稳定性，并适应低附和高附着路面。
		2023 Vol. 42 (13): 25-35 [摘要] ( 82 ) HTML (1 KB) PDF (3879 KB) ( 53 )

	36	油气管道封堵机器人封堵过程的振动预测
		>苗兴园，赵弘
		以管道封堵机器人（Pipeline isolation plugging robot, PIPR）为载体的管道维抢修技术是保障管道安全运输的重要手段。针对封堵作业时PIPR的冲击振动现象，分别从运动过程和封堵操作两个方面对其进行振动分析。建立基于双向流固耦合的PIPR动力学模型，对运动过程中PIPR的轴向、径向和俯仰振动进行仿真分析。进行PIPR不同扰流模型的封堵试验，观察不同模型封堵过程流场变化，并以封堵过程的压力梯度衡量PIPR振动情况。提出改进海鸥算法（ISOA）优化核极限学习机（KELM）方法，分别建立不同扰流模型的压力梯度代理模型，以实现PIPR的振动预测。结果表明，提出的代理模型可以实现不同扰流模型封堵过程压力梯度的准确预测。这对于保障封堵作业的稳定性具有指导意义。
		2023 Vol. 42 (13): 36-49 [摘要] ( 76 ) HTML (1 KB) PDF (4610 KB) ( 41 )

	50	具有次线性中立项的二阶Emden-Fowler时滞微分方程的振动性
		>曾云辉1,罗慧慧2,王益林1,罗李平1,俞元洪3
		本文研究含有次线性中立项的二阶Emden-Fowler 时滞微分方程解的振动性, 其中均为正奇数之商，利用Riccati变换，积分平均和不等式技巧，我们建立了方程的三个新的振动准则. 所得结果将经典的Leighton ]和Kneser 振动准则推广到含有次线性中立项的超线性Emden -Fowler时滞微分方程.而且,新的结果不仅推广和改进了最近文献中出现的关于该方程当时的振动准则,同时也改进,推广和简化了方程当或者时的振动准则,所得准则的有效性通过若干例子给出了说明.
		2023 Vol. 42 (13): 50-57 [摘要] ( 90 ) HTML (1 KB) PDF (594 KB) ( 119 )

	58	横流向热浮升力对并列双圆柱流致振动的影响
		>俞华锋1,2，孙震洲1,2，王义瑄3，及春宁1,3
		本文采用浸入边界法对横流向热浮升力作用下并列双圆柱的流致振动进行了数值模拟研究，详细总结了理查森数Ri = 3条件下并列双圆柱的最大振幅、时均位移、升阻力系数、频率特性和尾流模式等随间距比及折合流速的变化规律。研究发现：横流向热浮升力作用下，并列双圆柱振幅和升、阻力系数呈现不对称特点，振动响应除了出现涡激振动，在更高折合流速下出现了驰振。圆柱振动平衡位置相对其初始位置均发生与热浮升力反向的偏移，偏移量随折合流速增大而增加。在涡振阶段，并列双圆柱尾流场表现出稳定的宽窄尾流模式，两个圆柱的泄涡基本保持反相同步；在驰振阶段，尾流场表现为同相同步模式，圆柱的振动响应出现了倍频锁定现象。
		2023 Vol. 42 (13): 58-65 [摘要] ( 79 ) HTML (1 KB) PDF (2372 KB) ( 27 )

	66	基于改进NSGA-Ⅱ算法的安全阀动态特性分析及优化
		>李树勋1,2，连超1,2，潘伟亮3，侯建军1,2，王志辉1,2，刘金伟1,2
		针对安全阀动态性能缺乏高精度预测模型和优化方法的问题，提出一种考虑阻尼因素及气体扩散因素的动态响应系统模型和基于改进NSGA-Ⅱ算法的优化方法。通过安全阀动态响应系统模型建立仿真模型，对安全阀进行启闭过程动态特性仿真，与动态特性试验结果对比，验证动态响应系统模型的精确性；在NSGA-Ⅱ算法中引入一种权重向量设置方法和自适应变异算子，对安全阀结构参数进行多目标优化。优化后安全阀动态特性评价指标响应时间、振动幅值和稳定值与优化前相比分别缩短5.95%、减小68.29%和减小1.98%。结果表明优化方法可提升安全阀动态性能。
		2023 Vol. 42 (13): 66-74 [摘要] ( 74 ) HTML (1 KB) PDF (2355 KB) ( 36 )

	75	含碰撞和摩擦振动系统粘滞-粘着运动转迁机理研究
		>吴少培，何波，李国芳，李得洋，丁旺才
		针对一类含碰撞和摩擦的单自由度振动系统，通过分析相空间内自由滑动、碰撞、粘着和粘滞四种不同性质运动的发生条件，结合四种不同的Poincaré映射截面对其周期运动进行辨识，研究参数域内系统周期运动分布规律。采用参数延续算法和胞映射算法，并结合系统稳定性判定条件，揭示了系统周期粘滞—粘着运动分布及转迁规律。研究结果表明：周期粘滞-粘着运动主要集中在低频小间隙区，系统向着周期粘滞-粘着运动转迁过程中，在擦边分岔(GR)诱导下碰撞次数增加，碰撞速度逐渐减小，同时周期运动的周期带逐渐变窄。相邻周期运动转迁过程中主要受到擦边分岔(GR)、鞍结分岔(SN)和Sliding分岔(SL)的诱导，由于转迁相互不可逆性，形成GR-SN和(GR-SL)-SN等不同形式的多态共存区。系统间隙和恢复系数减小，粘滞-粘着运动频带变宽，起始点向高频方向延伸。
		2023 Vol. 42 (13): 75-81 [摘要] ( 100 ) HTML (1 KB) PDF (2672 KB) ( 45 )

	82	叶片出口梯形切割对离心泵蜗壳流激噪声影响的研究
		>郭荣1,2,李小兵1，刘向1,李天鹏1
		为探究叶片出口梯形切割对离心泵蜗壳流激噪声的影响，以一台比转速为66的单级单吸离心泵为对象，通过定义切割宽度系数δ与径向高度系数γ，设计了9种切割方案。基于RNG k-ε湍流模型对离心泵进行全三维非定常数值模拟，在此基础上采用边界元(BEM)法计算内场噪声，采用结构有限元（FEM）耦合声学边界元方法计算外场流激噪声。分析不同切割方案下离心泵水力特性和噪声幅射特性，并采用试验方法验证数值计算的准确性。研究表明：动静干涉是离心泵蜗壳流激噪声产生的主要原因，合理的叶片出口梯形切割能够使离心泵水力性能基本稳定的同时有效降低动静干涉强度及蜗壳流激噪声水平；声学性能最优切割方案，叶频处的进、出口监测点声压级分别下降13%和7.5%，外场噪声监测点声压级下降2.4%。
		2023 Vol. 42 (13): 82-91 [摘要] ( 108 ) HTML (1 KB) PDF (4190 KB) ( 39 )

	92	API 5L X56管中管横向冲击性能的数值研究
		>高旭东1，石健1，邵永波2，李康帅2
		随着海洋石油行业的蓬勃发展，油气田开发不断向深海发展，对海底管道性能的要求也不断提高。管中管具有良好的保温性能而逐渐得到应用。为系统地研究管中管结构的横向抗冲击性能，采用非线性有限元程序建立了数值模型，并与试验数据进行验证。参数化研究发现，一定冲击能量下，聚氨酯泡沫所吸收的能量与管中管的内管和外管所吸收能量的总和相比所占比重较小。随管中管壁厚和钢材等级的提高，管道的局部凹陷程度降低，海底管中管抵抗冲击变形的能力越强。随管中管悬跨长度增加，管中管跨中截面的残余位移逐渐增大，而横截面残余变形和局部凹陷深度逐渐减小，整体弯曲变形所占的比重逐渐增加，局部凹陷所占的比重有所减小。
		2023 Vol. 42 (13): 92-102 [摘要] ( 73 ) HTML (1 KB) PDF (4150 KB) ( 33 )

	103	基于杆系离散元法的结构接触碰撞行为分析
		>许强1,2，叶继红1,2
		该文将杆系离散元法拓展至结构的碰撞行为分析中，通过对颗粒运动轨迹修正实现模拟杆件间的碰撞响应。首先根据杆件间可能发生的接触模式建立了“点-线”接触模型，然后将“虚拟接触点对”的概念引入临界接触约束条件，详细推导了接触力的计算公式，并采用fortran语言编制了基于离散元法的结构碰撞行为分析程序。通过对典型接触碰撞算例进行模拟和分析，定量验证了本文算法的正确性和有效性。结果表明，“点-线”接触模型可以对发生接触碰撞的杆件做出及时判断，并准确计算法向排斥力和切向摩擦力；同时接触碰撞过程中存在能量耗散。
		2023 Vol. 42 (13): 103-110 [摘要] ( 125 ) HTML (1 KB) PDF (2350 KB) ( 127 )

	111	冲击荷载下强度比对类复合岩样能量耗散影响的研究
		>温森1,2，吴斐1，李胜1，盛桂琳1,2
		利用直径为50mm的分离式霍布金森压杆试验装置对类复合岩样进行动态冲击试验，研究了不同应变率、入射波的不同入射顺序、不同强度比、不同入射角度对岩体能量耗散的影响。试验结果表明：类复合岩样的入射能、吸收能、能量利用率均随应变率的增大而增大；不同入射顺序对吸收能和能量利用率有不同影响，且随着强度比增大，不同入射顺序的影响逐渐减小；当应变率为270s-1左右时，不同强度比类复合岩样的能量利用率均随着入射角增大呈现先减小后增大的趋势，在入射角为30°时能量利用率最小，入射角90°时能量利用率最大。
		2023 Vol. 42 (13): 111-118 [摘要] ( 86 ) HTML (1 KB) PDF (2236 KB) ( 73 )

	119	基于锚杆构件振动响应特征的锚杆轴力无损检测方法
		>王宇赛1，张凯2，肖方园1，曹恒1，张梦宇1
		锚杆轴力测量对评价围岩稳定性具有重要意义。采用接触力学理论建立了锚杆构件振动频率与锚杆轴力关系模型，开展了锚杆锚固系统振动试验。通过采集螺母和托盘的振动响应信号，对不同受力条件下螺母和托盘的非线性振动特性进行了分析，获得了螺母和托盘振动频率与轴力关系；提出了基于螺母和托盘非线性振动特性的实时轴力无损检测方法。试验结果表明：随着锚杆轴力增加，螺母和托盘振动频率呈非线性增加，螺母频率大于托盘，托盘频率的增长率大于螺母；且二者振动频率增长趋势与轴力大小均为单值映射关系，通过测量螺母和托盘的振动频率可以实现锚杆轴力的无损检测。
		2023 Vol. 42 (13): 119-126 [摘要] ( 87 ) HTML (1 KB) PDF (3684 KB) ( 25 )

	127	非均匀噪声下基于稀疏重构的声矢量传感器阵列方位估计方法
		>王伟东1，李向水1，李辉1，史文涛2
		为了解决非均匀噪声情况下声矢量传感器阵列方位估计性能恶化的问题，提出了基于加权最小二乘(Weighted Least Squares, WLS)的稀疏信号重构方法和基于加权协方差矩阵拟合(Weighted Covariance Matrix Fitting, WCMF)的稀疏信号重构方法。首先，定义了一个虚拟的声矢量传感器阵列流形矩阵，并重构包含稀疏信号功率和噪声功率的协方差矩阵。然后，为了估计稀疏信号功率和每个通道输出的噪声功率，基于WLS方法和稀疏信号加权最小化方法，构造了关于稀疏信号功率和噪声功率的代价函数。在此基础上，为了进一步提高稀疏信号功率和噪声功率的估计精度，基于WCMF准则对构造的代价函数进行改进。最后，应用泰勒级数展开式将关于稀疏信号功率和噪声功率的非线性代价函数转化为线性函数，并采用循环迭代算法估计稀疏信号功率和噪声功率。待迭代终止时，对稀疏信号功率谱峰搜索，即可实现对目标的方位估计。仿真结果表明，与现有非均匀噪声下的估计方法相比，所提方法提高了非均匀噪声情况下声矢量传感器阵列的方位估计精度。
		2023 Vol. 42 (13): 127-136 [摘要] ( 96 ) HTML (1 KB) PDF (2099 KB) ( 72 )

	137	列车轴承故障声音信号单通道去相关分离矫正
		>赵新航1，刘方1,2，黄明涛1，朱子豪1，侯超强1，刘永斌1,2
		道旁声学监测信号具有多声源、陡畸变和强噪声的特点，这给基于声音信号的列车轴承故障诊断带来了阻碍。本文针对TADS系统轮轨接触噪声干扰和多普勒畸变问题，提出了一种单通道去相关声源分离矫正方法（SCDBSS-TIR）。采用单个麦克风正对轮对轴承采集含噪单通道观测信号，首先利用奇异谱分析转换为双通道观测信号；然后利用多个时延相关矩阵特征值分解进行声源分离；最后，利用时域插值拟合矫正方法进行多普勒畸变矫正。采用单麦克风-双声源圆周运动模型开展了仿真和实验验证，仿真和实验表明，在多普勒效应影响下，所提方法的分离效果优于经典的正定盲源分离方法，同时对带内噪声的消除效果良好，所提方法有望在TADS中得到应用。
		2023 Vol. 42 (13): 137-146 [摘要] ( 150 ) HTML (1 KB) PDF (4135 KB) ( 18 )

	147	大悬挑对核电厂转运-清洗间结构的地震反应影响
		>李小军1，刘旭晨1,2，王晓辉3，王玉石1，贺秋梅3，王宁3
		以核电厂转运-清洗间结构为原型，建立了无悬挑的转运-清洗间结构和带悬挑的转运-清洗间结构有限元模型，通过对两个模型展开模态分析和动力时程分析，分析了大悬挑对转运-清洗间结构抗震性能的影响，探讨了转运-清洗间结构的动力特征和抗震性能。结果表明，转运-清洗间的结构刚度大、自振周期短，在超设计基准地震动作用下的地震反应较小，结构整体仍处于弹性工作状态；大悬挑显著降低了转运-清洗间结构的刚度，延长了结构的自振周期，同时也增大了结构的整体地震反应，但这种增幅并不大，带悬挑的转运-清洗间完全满足抗震性能要求。
		2023 Vol. 42 (13): 147-154 [摘要] ( 71 ) HTML (1 KB) PDF (4574 KB) ( 51 )

	155	环境激励下挡土墙结构损伤识别及安全性评价
		>徐乾
		在役挡土墙结构在多因素作用下会出现损伤，而损伤可能降低其安全性。为了评价在役挡土墙结构的安全性，对环境激励下挡土墙结构动力响应间虚拟脉冲响应函数进行希尔伯特边际能量比谱分析，基于希尔伯特频段的损伤敏感性分析，创建识别挡土墙结构损伤的希尔伯特损伤特征向量和损伤指标。并以某在役桩板式挡土墙结构为试验对象，将行驶车辆引起的振动作为激励，并考虑环境温度和湿度的影响，对该挡土墙进行环境激励下的多次现场测试，通过损伤指标识别该挡土墙的损伤以及评价其安全性。试验结果发现，在环境激励持续作用下，损伤指标值持续增长，挡土墙稳定系数逐渐减小，表明挡土墙的损伤在持续产生，挡土墙损伤程度在不断增大，挡土墙的安全性在逐渐降低。而且建立稳定系数与损伤指标间的定量关系可评价挡土墙的安全性。另外，温湿度对挡土墙损伤积累有较大影响，尤其是高温联合强降雨会加速挡土墙损伤的出现。因此，通过损伤指标不仅可识别挡土墙的损伤还可以评价其安全性。
		2023 Vol. 42 (13): 155-162 [摘要] ( 77 ) HTML (1 KB) PDF (3195 KB) ( 28 )

	163	新型中央分隔带护栏多目标优化设计
		>卢积健，雷正保
		鉴于目前中央分隔带护栏时常发生立柱绊阻现象，设计了一种新型中央分隔带护栏。采用显式非线性有限元模拟对新型中央分隔带护栏的碰撞安全性进行评估，分析了乘员碰撞速度（v），乘员碰撞后加速度（a），驶出角（EA），车辆离去距离（d）以及最大横向位移（MD）等碰撞后动力学响应。综合考虑，选择乘员碰撞y方向加速度(a_y)、车辆离去距离(d)作为目标函数，通过构建RBF代理模型以减少计算成本；最后使用多目标遗传算法进行优化，获得护栏最佳设计参数。在小型客车、中型客车、大型货车碰撞下，新型中央分隔带护栏显示出良好的导向能力。有限元模拟结果表明，该护栏可有效预防立柱绊阻现象，车辆离去距离仅为2.06m，乘员碰撞y方向加速度为118.2 m/s2，满足SB级护栏防护要求。
		2023 Vol. 42 (13): 163-169 [摘要] ( 84 ) HTML (1 KB) PDF (1466 KB) ( 29 )

	170	扭转弹簧约束复合材料层压梁的自由振动
		>陈庆远，李静，方鹏亚，裴世勋，刘双燕，苏毅
		本文基于伽辽金法推导了扭转弹簧约束复合材料层压梁自由振动的显式解析解。当复合材料层压梁两端的扭转弹簧刚度系数相等时，层压梁的横向挠度函数由两端简支梁的振动特征函数和两端固支梁修正的振动特征函数线性组合而成；当复合材料层压梁两端的扭转弹簧刚度系数不相等时，层压梁的横向挠度函数则由简支—固支梁的振动特征函数，固支—简支梁修正的振动特征函数和两端固支梁修正的振动特征函数线性组合而成。本文给出的横向挠度函数可以避免扭转弹簧约束复合材料层压梁的经典振动特征函数在高阶（≥11）模态时出现的数值不稳定现象。研究表明本文给出的显式解析表达式能够有效地对扭转弹簧约束复合材料层压梁的自由振动进行分析。
		2023 Vol. 42 (13): 170-176 [摘要] ( 78 ) HTML (1 KB) PDF (744 KB) ( 41 )

	177	基于机器视觉的数字式角振动传感器动态校准方法
		>刘文峰1，杨明1，蔡晨光2，刘志华2，杨靖1
		低频角振动传感器在惯性导航、姿态估计及精密控制等领域具有广泛应用，其灵敏度校准精度是决定应用系统性能的关键。激光干涉法与圆光栅法是最为常用的两种校准方法，然而前者需要昂贵与复杂的系统，后者的校准频率范围与应用场景有限，难以满足日益增长的高性能角振动传感器校准需求。通过采用具有亚像素级边缘提取精度的机器视觉法准确地测量低频角振动传感器的输入角激励，以实现宽低频范围的灵敏度可靠校准，同时保证校准精度与效率。与激光干涉法及圆光栅法的对比实验表明，机器视觉法与激光干涉法及圆光栅法在0.01~5 Hz范围内具有相似的校准结果，最大相对偏差分别约为0.6%和0.4%。此外，整个频率范围内，机器视觉法校准的最大灵敏度相对标准差约为0.5%。
		2023 Vol. 42 (13): 177-182 [摘要] ( 125 ) HTML (1 KB) PDF (1540 KB) ( 27 )

	183	星型拉胀蜂窝材料在压剪复合加载下的力学特性研究
		>罗耿1,2，莫端钰1，刘浚哲1，柴成鹏1，陈轶嵩1
		拉胀蜂窝材料由于其良好的力学特性以及稳定的吸能特性，广泛地应用于各类防护结构。本文针对星型拉胀在压剪复合加载下的力学特性开展了研究工作。首先，基于有限元技术建立星型拉胀蜂窝材料的数值模型，并基于增材制造技术和万能试验机开展验证试验，并且开展了星型拉胀蜂窝材料在不同压剪复合加载角度和速度下的仿真研究，对星型拉胀蜂窝材料在各个加载工况下的力学特性与变形模式开展研究，结果表明星型拉胀蜂窝材料在准静态复合加载下依托胞元旋转发生整体变形，并产生倾斜变形带压溃，随着加载速度提升，由于惯性效应的增强，细观结构间的挤压变形更加充分，材料变形模式由整体变形向局部变形转变，形成冲击波。进而，基于椭圆方程对星型拉胀蜂窝材料初始屈服应力进行拟合，建立星型拉胀蜂窝材料的准静态/动态屈服面，随着速度的提高，屈服面呈现出明显强化；最后通过对星型拉胀蜂窝材料的吸能特性研究表明，随着加载角度的增大，材料法向和切向总吸能分别呈现出下降和提高的趋势，且切向吸能特性对角度的改变相对法向方向更加敏感。
		2023 Vol. 42 (13): 183-192 [摘要] ( 72 ) HTML (1 KB) PDF (6057 KB) ( 30 )

	193	移动荷载下有限深度Winkler地基上梁的动力响应研究
		>王举1，马建军1, 2，韩书娟1，李达1，郭颖2
		基于考虑有限深度土体运动的Winkler地基梁理论，建立移动荷载作用下弹性地基上有限长梁的横向运动方程。利用模态叠加法求得移动荷载作用下有限长梁动力响应的解析解，进而以移动荷载离开时梁的响应为初值，采用分离变量法求得有限长梁自由振动的一阶近似解。通过数值计算和参数分析，揭示了移动荷载作用下有限深度Winkler地基上简支边界梁的动力学特性，分析了地基深度、地基黏滞阻尼系数和荷载移动速度等对有限长梁受迫振动阶段和自由振动阶段动力响应的影响，全面揭示了有限深度土体运动对临界速度的作用效应。结果表明：地基深度显著降低了临界速度,而且弹性地基黏滞阻尼明显延长了自由振动衰减时间；荷载移动速度加剧了有限深度弹性地基与其支承梁的相互作用效应，系统振动的幅值和响应周期均发生显著变化。
		2023 Vol. 42 (13): 193-198 [摘要] ( 81 ) HTML (1 KB) PDF (979 KB) ( 56 )

	199	基于CEEMDAN-IAWT方法的滚动轴承振动信号降噪
		>任海军，韦冲，谭志强，罗亮，丁显飞
		针对滚动轴承振动信号中混入噪声的问题，设计了一种自适应白噪声完全集合经验模态分解(CEEMDAN)结合改进自适应小波阈值(IAWT)的联合降噪方法。首先使用CEEMDAN对信号进行模态分解得到本征模态函数(IMFs)；然后将得到的IMFs与原信号进行相关性分析识别有效分量；针对小波阈值降噪算法(WT)不能自适应选取小波基和分解层数以及阈值函数存在缺陷的问题，设计了IAWT算法，利用IAWT算法过滤IMFs中的噪声；最后将处理后的IMFs进行信号重构。利用设计的联合降噪算法对仿真信号和实验台信号进行处理可知，相比于WT，使用IAWT处理后的信号信噪比提高了约0.5dB，与原信号的相关系数提高了约0.03，均方根误差降低了约0.01。将本文设计的方法与CEEMDAN-WT等方法对比可得，经本文方法处理后的信号信噪比至少提高了1.37dB，且信号特征保存完好。
		2023 Vol. 42 (13): 199-207 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB) PDF (2598 KB) ( 68 )

	208	基于金属骨架材料分子弹簧隔振器力学性能研究
		>金阳,陈卫东,陈前,滕汉东
		将金属有机骨架材料和水的混合物作为工作介质置于密闭容器中，形成基于金属有机骨架材料的分子弹簧隔振器；当隔振器受到外部载荷时，水分子在外压作用下侵入和逸出金属有机骨架材料的疏水微孔，实现能量的储存与释放。通过微观力学平衡和宏观体积变化关系模拟了水分子大量侵入金属有机骨架材料微孔的过程，推导了隔振器在受力过程的力位移关系，采用准静态试验验证推导的力学模型，通过仿真和试验分析隔振器性能的影响因素。结果表明：理论与试验结果一致性较好，基于金属有机骨架材料的分子弹簧隔振器表现出高-低-高的分段刚度特性，金属有机骨架材料的最小接触角、最大孔径、钴配比和孔容积等参数均会对隔振器的阶段Ⅱ产生影响，调整这些参数可以灵活调节隔振器的性能。
		2023 Vol. 42 (13): 208-213 [摘要] ( 66 ) HTML (1 KB) PDF (1547 KB) ( 37 )

	214	基于卷积自编码器和时间卷积网络的轴承性能退化趋势预测
		>刘渊博，陈相，刘妤
		针对现有的退化预测研究在构建健康指标时面临信息损失，在建立预测模型时并行计算性能差、感受野不大等不足，结合监测对象性能退化的时序特性，提出基于卷积自编码器（CAE）和时间卷积网络（TCN）的性能退化趋势预测方法。首先，构建振动信号多域高维特征集，并采用综合评价指标初步筛选敏感性好、趋势性强的性能退化指标；其次，采用核主成分分析（KPCA）方法消除多域特征之间的冗余信息，并实现基于CAE网络的健康指标构建；在此基础上，构建基于TCN的性能退化预测模型，采用直接多步预测实现退化趋势预测，并利用轴承公用数据集验证方法的有效性。结果表明：采用KPCA可以将特征集从14维降至4维，且保留了原优选特征集97.63%的信息；基于CAE网络构建健康指标的方法是有效的，所构建的健康指标随时间的变化历程能够真实反映轴承性能的退化过程，且该方法相较于自编码网络（AE）和高斯混合模型（GMM）两种常用的健康指标构建方法具有明显优势；基于TCN算法构建的模型能够准确预测轴承的性能退化，该模型相较于基于长短时记忆（LSTM）网络和基于门控循环单元（GRU）等构建的预测模型性能更好，预测精度更高，预测步长为3时的均方根误差和平均绝对误差分别为0.0257和0.0187。该方法具有普遍意义，可推广应用于其它机械装备/零部件的性能退化趋势预测｡
		2023 Vol. 42 (13): 214-225 [摘要] ( 79 ) HTML (1 KB) PDF (4060 KB) ( 56 )

	226	基于DTCNN-SVM的工业循环水系统供水泵故障诊断
		>吴佳，李明宸，唐文妍
		工业循环水系统供水泵的工作状态是影响工业过程安全生产的重要因素，为及时准确地识别供水泵的工作状态，提出一种基于深度迁移卷积神经网络和支持向量机(DTCNN-SVM)的故障诊断方法。首先，将与工作状态强相关的振动信号进行信号-图像预处理，实现振动时序信号的二维灰度图化；在此基础上，采用融合迁移学习与残差神经网络的深度迁移卷积神经网络模型提取振动信号灰度图特征，并基于模糊不一致性度量对深度学习特征进行约简；最后采用支持向量机方法建立供水泵故障诊断模型。实验结果表明，所提方法能在少量样本数据和模型参数下有效识别供水泵工作状态。
		2023 Vol. 42 (13): 226-234 [摘要] ( 96 ) HTML (1 KB) PDF (2175 KB) ( 137 )

	235	考虑双参数的公路隧道易损性及概率地震损失
		>苏琪，范进
		研究高速公路隧道基于双地震动强度参数的易损性及概率地震经济损失，对震前抗震防灾及震后急救修复意义重大。本文建立了高速公路隧道设计基准期内概率地震经济损失评估框架，引入双地震动强度参数，采用增量动力法进行了易损性分析，得到的易损性曲面与经验易损性曲线进行对比，验证了本文所建模型及易损性曲面的合理性。以此为基础，评估了隧道设计基准期内的概率地震经济损失。结果表明：建立的基于双地震动强度参数下的易损性曲面能更准确地反映结构损伤，在高速公路隧道设计基准期内，轻微损伤造成的概率地震经济损失占比最大，中等损伤次之。本文提出的隧道概率地震经济损失评估框架可对高速公路隧道地震经济损失评估提供参考。
		2023 Vol. 42 (13): 235-241 [摘要] ( 75 ) HTML (1 KB) PDF (1618 KB) ( 41 )

	242	内部激励下高速列车齿轮箱振动行为及轴承载荷特性实验研究
		>周越1，王曦1，侯宇1，阙红波1,2，呙如兵2，林新海2，金思勤2，吴成攀2
		内部激励是影响高速列车齿轮箱振动及齿轮箱轴承动载荷的重要因素。借助齿轮箱传动系统试验台架，在多种扭矩与转速工况下，开展了高速列车齿轮箱箱体振动响应及齿轮箱轴承载荷测试试验。对各工况下齿轮箱不同部位的振动信号进行分析，发现特定转速下的齿轮啮合频率能够激发齿轮箱箱体的模态共振，而扭矩能够影响系统的频响特征。对加速工况下的齿轮箱振动加速度进行了阶次跟踪，并通过基于阶次的工作模态识别方法获取了齿轮箱箱体的模态参数，发现齿轮箱的工作模态振型导致了齿轮箱在不同转速下振动行为的差异。通过对比不同工况下齿轮箱振动加速度均方根和实测轴承载荷变异系数，建立了齿轮箱轴承载荷动态特性与齿轮箱振动行为间的对应关系。
		2023 Vol. 42 (13): 242-250 [摘要] ( 157 ) HTML (1 KB) PDF (4361 KB) ( 65 )

	251	聚脲涂层对装甲钢板抗爆性能影响的试验与数值分析
		>何佳豪1，吴梦阳1，李高伟1，石文2，孙晓旺1，王显会1
		为了研究聚脲涂层喷涂位置及涂层厚度对钢板抗爆性能的影响规律，对4种不同类型喷涂结构及纯钢板结构进行2 kg TNT炸药爆炸试验，并采用LS—DYNA仿真软件对试验工况进行数值模拟，比对试验结果验证数值计算的可靠性，同时在理论层面对迎、背面喷涂结构中的应力波衰减特性进行了计算分析。在此基础上，进一步研究涂层厚度对背面喷涂结构抗爆性能的影响规律。结果表明：相比于无喷涂、迎面、双面喷涂结构，背面喷涂展现出更为显著的抗爆潜力，其形成的大阻抗比结构是有效衰减应力波峰值的重要原因；等钢板厚度条件下，增加涂层厚度能够有效提升结构抗力，但提升程度随着聚脲/钢板厚度比的增加而不断降低；等面密度条件下，增加涂层厚度结构呈现加剧破坏趋势。
		2023 Vol. 42 (13): 251-258 [摘要] ( 133 ) HTML (1 KB) PDF (2138 KB) ( 43 )

	259	考虑设计与布局参数的二级减速器动力学优化
		>金鹏程，周建星，祁乐，王胜男，周恒宇，宋礼睿
		为研究多级定轴轮系的动态性能优化方法，以二级齿轮系统为研究对象，利用广义有限元法建立了包含齿轮设计参数（齿数，模数，齿宽）与系统布局参数（齿轮安装位置，级间相位角）的参数化动力学模型，采用Newmark-β时域积分法对额定转速下的动力学方程进行求解，并分析了各参数对系统的动态特性的影响。在此基础上，提出了多级定轴齿轮系统动态优化方法，以设计与布局参数为变量，减速器传动比，轴径宽度等为约束条件，两级齿轮动载荷幅值与两侧轴承载荷差值最小为主要目标，建立多目标混合离散优化模型，基于贝叶斯算法编写程序求解模型，获得最优设计变量。结果表明，优化后减速器的第一级啮合力幅值降低18.9%，第二级啮合力幅值降低17.2%，轴系间两侧轴承载荷差分别下降36%、40%、45%。质量下降了8.7%，边界盒体积下降了27%，优化效果明显。
		2023 Vol. 42 (13): 259-268 [摘要] ( 79 ) HTML (1 KB) PDF (2721 KB) ( 42 )

	269	深水无隔水管钻井全井钻柱纵-横-扭耦合非线性振动模型研究
		>柳军1,2,梁爽1,蔡萌琦2,陈益丽1,袁明健1,曾林林1
		无隔水管钻井是一项极具发展前景的深水钻井技术。针对深水无隔水管钻井缺乏有效的动力学分析模型的实际，通过能量法、微元法结合哈密顿原理，建立了考虑钻井船位移、风海流、潮流、波浪载荷、井壁接触、钻头-岩石互作用、海水段-地层段互作用的深水无隔水管钻井全井钻柱纵-横-扭耦合非线性振动模型。通过拉格朗日和三次埃尔米特函数离散控制方程，采用Newmark-β对模型进行数值求解。采用现有海洋立管模拟实验数据、Moharrami扭转振动模型结果及Kyllingstad现场测试数据，对模型进行了详细对比验证。结果表明，该模型精度较好，可用于深水无隔水管钻柱的耦合振动分析。
		2023 Vol. 42 (13): 269-277 [摘要] ( 78 ) HTML (1 KB) PDF (1520 KB) ( 50 )

	278	基于人工数据融合的柴油机故障数据增强方法
		>黄盟1，毕晓阳2，杨晓1，李鑫1，汤代杰1，毕凤荣1
		针对基于数据驱动的柴油机故障诊断方法在训练数据匮乏时易过拟合、准确率低的问题，提出一种基于人工数据融合的数据增强方法，实现训练数据的增广。该方法将Wasserstein距离与梯度惩罚方法引入辅助分类生成对抗网络(auxiliary classifier generative adversarial network, ACGAN)，解决原始ACGAN训练不稳定的问题；将优化前后的ACGAN生成的两种人工数据按比例引入原始训练集中，从强化原有数据和优化诊断网络判定范围两个角度对训练集进行数据增强。经柴油机故障诊断实验验证，采用该方法对训练集进行数据增强后，在不同故障类型下的诊断准确率均有明显提高，且效果优于文中其他对比方法。
		2023 Vol. 42 (13): 278-286 [摘要] ( 143 ) HTML (1 KB) PDF (2291 KB) ( 48 )

	287	汽车物流器具随机振动损伤与疲劳寿命预测研究
		>亓昌1,2，高健1,2，苗婷婷3
		汽车零部件产品常被采用堆垛形式的物流器具运输以避免损伤。本文应用随机振动实验方法，分析三种不同振动等级下，堆垛型钢质物流器具的振动损伤。进而，基于物流器具—装载物—夹具相互作用关系，建立了全景天窗运输器具的有限元模型，研究了平稳高斯随机振动下该器具的疲劳响应，获得了关键位置变形和等效应力，预测了器具的疲劳寿命。研究结果表明：有限元分析得到的共振频率与随机振动实验结果相差3.4%；器具振动响应主要受低阶共振频率影响，最大应力集中在堆垛柱与托盘连接处；上层装载物响应加速度1.42g明显大于下层0.79g，而同处于上层的装载物响应加速度差别小于1.7%；上下层堆垛柱响应加速度分别为0.82g和0.79g，差别不明显。上述方法可模拟运输过程中汽车物流器具振动疲劳及装载物易损点，可为汽车物流器具设计提供一定参考。
		2023 Vol. 42 (13): 287-295 [摘要] ( 91 ) HTML (1 KB) PDF (5256 KB) ( 18 )

	296	激波风洞测力信号的频域数据深度学习建模分析方法
		>聂少军1,2，汪运鹏1,2，王春1,2，姜宗林1,2
		高精准度气动力测量是激波风洞试验中的关键技术。在开展测力试验时，测力系统在风洞流场起动瞬间的冲击激励下产生振动，振动信号无法在较短的有效试验时间内快速衰减，导致天平输出信号中耦合了惯性干扰。基于深度学习技术，对激波风洞天平信号在频域内开展数据处理，并针对动态信号的频域特征进行卷积神经网络建模分析，旨在消除测力信号中的惯性干扰。在频域模型训练样本和验证样本的结果分析中，天平信号的大幅惯性振动干扰被消除，达到了预期的结果，验证了频域建模分析方法的有效性和可靠性。此外，对处理结果进行了误差分析，进一步验证了该方法在激波风洞天平数据处理中具有较大的工程应用价值。
		2023 Vol. 42 (13): 296-302 [摘要] ( 73 ) HTML (1 KB) PDF (2326 KB) ( 35 )

	303	基于变分模态分解的复杂航天器姿态扰动分析
		>林晓冬1,2，张锐1,2,刘芳1，兰青2
		本文以复杂航天器姿态控制系统为研究对象，在考虑航天器配置挠性帆板和充液贮箱的复杂情况下，对姿态控制系统闭环中由于帆板挠性和液体晃动产生的干扰力矩进行特性分析。首先基于虚功率法建立复杂航天器整体动力学方程，同时建立帆板振动和液体晃动动力学方程；然后采用相平面控制律完成复杂航天器姿态闭环控制仿真，对帆板挠性和液体晃动产生的干扰力矩进行数据采集；最后基于变分模态分解法对扰动力矩时域数据进行时频分析得到其扰动特性，为后续扰动抑制算法的设计提供理论基础。通过数学仿真结果表明该方法的适用性和准确性。
		2023 Vol. 42 (13): 303-309 [摘要] ( 102 ) HTML (1 KB) PDF (2112 KB) ( 27 )

	310	航天器展开机构转动阻尼器仿真分析与实验研究
		>王嘉登1，2，刘冲3，薛景赛1，2，邓泽华1，2，杨铭波1，2，刘兴天1，2
		随着航天器大型天线展开驱动力矩需求越来越大，天线展开到位时的冲击载荷控制问题逐渐引起工程界的重视。文章介绍了一种航天器展开机构用大行程、大阻尼转动阻尼器，可有效抑制展开机构展开时的冲击载荷。首先对转动阻尼器的工作原理进行了简要介绍，建立了转动阻尼器力学模型，分析了转动阻尼器的阻尼特性；其次，采用MSC.ADAMS软件，对天线从收拢状态到完全展开状态这一展开过程进行了动力学数值仿真分析，分析了转动阻尼器对展开速度以及展开到位时锁定冲击力的影响；最后，搭建了转动阻尼器阻尼性能测试平台，并且进行了阻尼性能测试。结果表明，阻尼力矩仿真值与实验值误差在2%以内，安装转动阻尼器后天线展开到位时锁定冲击载荷幅值下降达91%，展开末期展开速度下降达81%，验证了转动阻尼器对冲击载荷控制的有效性。
		2023 Vol. 42 (13): 310-315 [摘要] ( 113 ) HTML (1 KB) PDF (1825 KB) ( 66 )

	316	一种薄膜反射面天线型面精度主动控制方法
		>谷永振1，段宝岩2，张顺吉2，钟旺2，张庆港1
		针对如何有效进行薄膜反射面天线型面精度主动控制的问题，提出了一种静电力和边界索力相结合的双向控制方法。首先，推导了薄膜反射面和薄膜控制面间距发生变化时的静电力计算公式，并给出了静电力更新流程；然后，以电极电压和边界索力为设计变量，以薄膜反射面型面精度为优化目标，建立了薄膜反射面天线型面精度主动控制模型；最后，通过两种形式温度载荷作用下的薄膜反射面天线型面精度主动控制仿真算例，验证了控制方法的有效性。
		2023 Vol. 42 (13): 316-322 [摘要] ( 82 ) HTML (1 KB) PDF (2049 KB) ( 70 )

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