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2023年 42卷 14期刊出日期：2023-07-28



论文

论文

	1	基于GPR代理模型和GA-APSO混合优化算法的软基水闸底板脱空反演
		>李火坤1，柯贤勇1,2，黄伟1，刘双平1,2，唐义员1，方静1
		软基水闸底板脱空是水闸在长期服役期间受水流侵蚀等环境因素影响所产生的一种危害极大且难以察觉的病害。由于其病害部位于水下，传统方法难以检测，本文提出一种基于高斯过程回归（Gaussian Process Regression，GPR）代理模型和遗传—自适应惯性权重粒子群（Genetic Algorithm-Adaptive Particle Swarm Optimization，GA-APSO）混合优化算法的水闸底板脱空动力学反演方法，用于检测软基水闸底板脱空。首先，构建表征软基水闸底板脱空参数和水闸结构模态参数之间非线性关系的GPR代理模型；其次，基于GPR代理模型与水闸实测模态参数建立脱空反演的最优化数学模型，将反演问题转化为目标函数最优化求解问题；最后，为提高算法寻优计算的精度，提出一种GA-APSO混合优化算法对目标函数进行脱空反演计算，并提出一种更合理判断反演脱空区域面积和实际脱空区域面积相对误差的指标—面积不重合度。为验证所提方法性能，以一室内软基水闸物理模型为例，对2种不同脱空工况开展研究分析，结果表明，反演脱空区域面积和模型实际设置脱空区域面积的相对误差分别为8.47%、10.77%，相对误差值较小，所提方法能有效反演出水闸底板脱空情况，可成为软基水闸底板脱空反演检测的一种新方法。
		2023 Vol. 42 (14): 1-10 [摘要] ( 304 ) HTML (1 KB) PDF (2050 KB) ( 121 )

	11	孤立波作用下圆柱桩波浪力计算方法研究
		>鲁胜龙，朱金，蒋尚君，康锐，李永乐
		为研究孤立波作用下跨海桥梁桥墩受到的波浪荷载以得到孤立波波浪力的简化计算方法，利用计算流体力学软件OpenFOAM模拟海洋孤立波，在不同来流波高和初始水深下，开展了两组仿真实验，三维数值模拟用于直接计算圆柱体上的波浪力，二维数值模拟用于推导Morison方程所需的速度场。对比现有文献，讨论原始Morison方程应用于孤立波波浪力计算的适用性以及孤立波非线性的变化规律，并验证了引入非线性项的修正Morison方程预测孤立波荷载的适用性。研究结果表明：计算孤立波荷载时，非线性影响不可忽视，随着波高和水深的比值H/d的增大，孤立波的非线性越来越强；相比于原始Morison方程，考虑非线性影响的修正Morison方程可以更为准确地预测孤立波与圆柱桩间的相互作用；应用修正Morison方程进行孤立波荷载预测时，波浪力参数CD、CM的取值与波高H、水深d、圆柱桩直径D的绝对值无关，仅与H/d有关；基于多组仿真实验结果，给出了0.15≤H/d≤0.65范围内波浪力参数的取值，可为孤立波荷载的快速计算提供参考。
		2023 Vol. 42 (14): 11-19 [摘要] ( 200 ) HTML (1 KB) PDF (1499 KB) ( 84 )

	20	基于自适应直接快速迭代滤波的滚动轴承故障诊断方法
		>丁文海1,2，郑近德1,2，潘海洋1,2，孟瑞1,2，牛礼民1,2
		直接快速迭代滤波（direct fast iterative filtering ,DFIF）是最近提出的一种非线性和非平稳信号分析方法。针对DFIF方法需人为设定滤波区间调整参数，且该参数在迭代计算过程中缺乏自适应性等问题，提出了自适应直接快速迭代滤波（adaptive direct fast iterative filtering ,ADFIF）方法，该方法基于瞬时频率波动能量差准则，自适应确定DFIF算法外循环每层迭代筛分过程中最优滤波区间调整参数。ADFIF方法能够自适应地将任意非线性和非平稳信号分解为若干个瞬时频率具有物理意义的近似窄带信号和一个趋势项之和。通过仿真信号和滚动轴承故障信号分析，将所提ADFIF方法与原DFIF，自适应局部迭代滤波、变分模态分解、经验模态分解等方法进行对比，结果表明，所提ADFF方法在抑制模态混叠，抗噪性方面具有一定的优势，且能提取出滚动轴承更多故障特征信息。
		2023 Vol. 42 (14): 20-29 [摘要] ( 304 ) HTML (1 KB) PDF (2915 KB) ( 94 )

	30	调谐液体阻尼器对多层多模态平台结构的运动控制研究
		>窦朋1，王志东1，凌宏杰2，徐晓森2
		基于双向流固耦合理论，文章建立了调谐液体阻尼器（tuned liquid damper ,TLD）与多层多模态平台结构的数值模型，系统性研究TLD减振频率和安装高度对多层结构前两阶共振模态的影响，通过数值方法将阻尼力做功定量化，结合晃荡波、平台运动的相位延滞关系，分析了TLD对多层多模态平台结构的阻尼特性。研究表明：TLD不同安装位置的控制效果与结构对应模态的最大振型相关，晃荡过程中产生的倍频激励可拓宽TLD的减振频带。此外，保持2%的质量比不变，多TLD联合减振系统在对多层结构的减振效果更为稳定，无局部负面激励，两个共振点处的平均减振率均高于其他方案。
		2023 Vol. 42 (14): 30-39 [摘要] ( 145 ) HTML (1 KB) PDF (3815 KB) ( 153 )

	40	冲击载荷作用下机身壁板破坏效应及结构优化
		>李永鹏1，徐豫新1,2,3，杨祥4，李旭东5
		研究非包容抗爆结构约束下，冲击波和端头两种冲击载荷对机身壁板的破坏效应。以定向非包容抗爆结构冲击位置处机身壁板为研究对象，通过有限元数值模拟，分析了非包容抗爆结构约束下冲击波和端头两种载荷作用于不同位置时，机身壁板的破坏模式和程度，并以限制机身壁板破坏范围为目的，对冲击位置处机身壁板进行了结构优化。结果表明，在冲击波作用下机身壁板的主要破坏模式为蒙皮剪切冲塞、沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂，在端头作用下则为蒙皮沿筋和垂直于筋撕裂以及筋条断裂；冲击位置对端头载荷作用下机身壁板的破坏程度影响较冲击波明显；端头冲击筋条位置对机身壁板的整体破坏程度较小，为较优的冲击方案；垂直加筋对两种冲击模式下机身壁板的破口扩展均有明显约束效果，但对端头作用下的约束效果更佳，端头冲击筋间或筋条位置时，增加垂直加筋壁板损伤面积分别减小了56.0%和39.0%。研究结果可为民机用非包容抗爆容器结构设计及冲击位置处机身壁板结构设计提供指导。
		2023 Vol. 42 (14): 40-47 [摘要] ( 177 ) HTML (1 KB) PDF (2315 KB) ( 80 )

	48	梁侧导流板对型叠合梁断面涡振性能影响及抑振机理研究
		>雷伟1,2，王骑1,2，廖海黎1,2，李志国1,2
		具有开口形式的型断面是一种易发生涡激振动(vortex-induced vibrations,VIVs)的钝体断面。为了准确把握某主跨520 m的型叠合梁斜拉桥的涡振性能，开展了1:25大尺度节段模型风洞试验，比较了在边主梁侧面布置不同的导流板（即梁侧导流板）对主梁涡振性能的影响。试验结果表明，原设计断面在-3°和-5°风攻角下存在显著的竖向涡振现象。当设置宽度为1.5 m、水平倾角为35°的梁侧导流板后，主梁在不同风攻角下均未发生涡振。通过对主梁绕流场数值模拟初步探讨了主梁发生竖向涡振的原因及导流板的抑振机理。模拟结果表明，导流板能够减小主梁底部区域旋涡的尺寸，使得主梁上下表面周期性压力差和气动力显著减小，从而削弱了诱发主梁涡振的条件，起到了抑制主梁竖向涡振的作用。该研究结果可为型叠合梁断面的涡振抑振措施设计提供参考。
		2023 Vol. 42 (14): 48-55 [摘要] ( 83 ) HTML (1 KB) PDF (2403 KB) ( 64 )

	56	折流板对锥形螺旋管束壳程传热性能的影响
		>季家东1，卢钰1，张经纬1，李飞扬2，邓如意1
		以锥形螺旋弹性管束(conical spiral elastic tube bundle ,CSETB)换热器为研究对象，通过在换热器内增设脉动/引流折流板，以期获得具有更高传热性能的弹性管束换热设备。通过采用双向流固耦合计算方法，研究了不同壳程入口流速和不同结构方案下CSETB换热器的振动强化传热性能。研究表明：CSETB的振幅随流速的增加而增加，仅增设脉动折流板可使CSETB表现为相对大幅高频振动，同时增设脉动、引流折流板可使CSETB表现为相对大幅低频振动。增设折流板可使流体流动的规律性和温度场分布的层次性增强，且能使换热器的壳程传热能力获得大幅提高。振动能够实现强化传热，这种强化传热的程度在高流速时更明显，且增设折流板能明显提高CSETB的振动强化传热性能。此外，引流折流板的存在使换热器的综合传热性能降低。
		2023 Vol. 42 (14): 56-63 [摘要] ( 85 ) HTML (1 KB) PDF (1865 KB) ( 63 )

	64	侧向爆炸作用下土中钢-混凝土竖井结构破坏模式研究
		>孙善政，卢浩
		针对土中钢板-钢筋混凝土竖井结构受侧向爆炸作用下的破坏模式，综合采用模型实验与有限元数值仿真计算方法，分析了不同比例爆距情况下竖井结构的破坏特征以及竖井结构端部对破坏模式、破坏程度的影响，根据结构破坏特征划分了破坏等级，确定了破坏等级判据指标及与各破坏等级的对应阈值。参数化分析了竖井混凝土强度、混凝土厚径比、钢板厚径比对竖井结构破坏特征、破坏程度的影响。得到了以下结论：①随着比例爆距的减小，土中竖井结构的破坏模式分别为弹塑性动力响应、塑性铰线形成、井壁混凝土局部贯穿、井壁混凝土冲切破坏，钢板在混凝土块冲击下变形四种典型的破坏模式。②根据竖井结构变形特征，确定了衡量结构圆形横截面变形程度的无量纲环向相对位移、衡量结构侧面梁式变形的无量纲轴向相对位移作为竖井结构破坏程度的判据指标。并定量的给出了各破坏等级、的阈值范围。③混凝土强度的增加，钢板厚径比、混凝土厚径比的增大均可以增加竖井结构的抗爆性能，降低结构的破坏程度。
		2023 Vol. 42 (14): 64-75 [摘要] ( 95 ) HTML (1 KB) PDF (3586 KB) ( 52 )

	76	U形管内气液两相流诱导振动特性的实验研究
		>马晓旭1,2，刘帅1，张政2，田茂诚2
		实验研究了横向U形管内气液两相流诱导振动的动态响应特性。重点研究了流型形式、气相表观流速Ug、液相表观流速Ul、体积含气率β等对振动响应强度arms的影响。结果表明，横向U形管振动主要表现为面内方向且为某一阶固有频率附近的低频振动，同时表现为拍振现象。U形弯头轴向不同测点振动频谱幅值呈现近似抛物线变化，在弯头90°处达到最大。arms由大到小依次为段塞-波形流、环状-波形流、环状-弥散流、塞状-泡状流和分层-塞状流。固定Ul时，arms随Ug的增加呈现先缓慢增长而后快速增大的趋势，快速增大的分界线约为Ug = 1 m/s；固定Ug时，arms随Ul的增加逐渐增大。较小β时，arms随β的增加呈现非常缓慢增长的趋势；当β增加到某节点时，振动强度快速增大，且快速增大的β节点值随液相表观流速Ul的增加而降低。
		2023 Vol. 42 (14): 76-83 [摘要] ( 101 ) HTML (1 KB) PDF (1994 KB) ( 41 )

	84	一种内部碰撞型三质量阻尼器试验验证及数值模拟分析
		>郑雨强1，王菁菁2
		提出了一种新型控制装置——碰撞型三质量阻尼器（vibro-impact tri-mass damper ,VITM），该装置基于三类质量阻尼器发展而成，包含一个调谐质量阻尼器、一个非线性能量阱，以及位于两者之间的自由质量，中间质量可与两侧质量发生碰撞。首先，介绍VITM工作原理，建立运动方程和碰撞模型；其次，实施动力试验，验证VITM理论模型的准确性；最后，通过数值模拟方法对VITM的耗能特点、参数影响、频率和能量鲁棒性，以及减震性能展开研究。分析结果表明，VITM主要依靠碰撞耗能，减振效果显著，无需再增设阻尼装置，且碰撞发生在装置内部，不会增加受控结构加速度；同时，VITM较已有装置具备更强的频率和能量鲁棒性，在脉冲型荷载和地震作用下均展现出优越的控制性能，为工程结构减震提供了新方法。
		2023 Vol. 42 (14): 84-91 [摘要] ( 93 ) HTML (1 KB) PDF (2770 KB) ( 122 )

	92	钢管混凝土斜交网格筒结构地震能量反应分析
		>蔡文哲1,2，王斌2,3，史庆轩2,3，葛明兰1
		结合所建立的钢管混凝土柱的轴向恢复力模型对斜交网格筒结构进行了弹塑性时程分析，研究了结构中各能量项的分配规律，从结构-构件-楼层三个层面，依次分析了滞回耗能的分配规律，并探讨了结构动力特性和地震动参数对滞回耗能分布的影响。研究表明：结构主要依靠阻尼耗能和滞回耗能平衡地震输入的能量；斜柱和连梁是斜交网格筒结构的主要耗能构件；斜柱的滞回耗能随楼层增高递减且在模块相接处有明显突变，设计时此处应避免出现较大的刚度突变。研究从能量的角度揭示了斜交网格筒结构的损伤模式和耗能机制，为建立此类结构的地震损伤评估方法提供了参考。
		2023 Vol. 42 (14): 92-106 [摘要] ( 79 ) HTML (1 KB) PDF (6535 KB) ( 54 )

	107	幂指数棱台局域共振型声子晶体板的带隙特性与减振机理研究
		>金星，张振华
		针对船体板结构的振动控制，提出了一种新型幂指数棱台局域共振型声子晶体构型。研究表明，该声子晶体兼具局域共振低频带隙和声学黑洞高频带隙，对高频激励和低频激励均有较好的减振效果。声子晶体其低频带隙因共振单元的局域共振效应产生，带隙频段为78-115Hz。在声子晶体能带结构的高频段中发现了隐藏于平直带的U型频散曲线，且频散曲线间的频段可有效抑制板的垂向振动，即产生垂向高频振动带隙。高频带隙产生的机理是幂指数棱台斜面的能量聚集效应形成的局域共振。随着散射体高度增大，低频带隙的中心频率降低，且带宽增大。棱台的幂次升高会使高频带隙的起始频率与终止频率降低，而边缘厚度的增高会使高频带隙的带宽逐渐变窄。新型声子晶体相较传统声学黑洞构型可有效提高船体板结构强度，从而可实际应用于船舶结构工程领域。研究成果可为舰艇结构振动控制提供支撑。
		2023 Vol. 42 (14): 107-114 [摘要] ( 93 ) HTML (1 KB) PDF (2458 KB) ( 174 )

	115	基于Wilson-θ显式算法的动载荷快速定位及重建方法
		>张景1，苑博1，张方2
		通过将Wilson-θ数值算法转变为一种等效的显式表达式，由此建立了一种基于Wilson-θ显式算法的动载荷识别方法。在选取合适的参数θ值以后，该算法是无条件稳定的，并且避免了以往隐式识别算法中由于递推计算产生误差累积导致识别结果严重发散的问题。通过引入响应系数矩阵，该显式算法可以灵活地选取响应类型用于载荷识别计算。同时结合分离变量方法，将载荷位置信息从建立的模型矩阵中提取出来，由此减少矩阵求逆的次数，提高载荷定位计算的效率。结合简支梁的仿真算例与试验测试对该载荷识别方法进行验证。研究结果表明，基于Wilson-θ显式算法的动载荷快速定位及重建方法能够有效地识别得到载荷位置及相应的时间历程。相对于传统载荷识别方法，该方法计算结果的准确性更好，且运算效率更高。
		2023 Vol. 42 (14): 115-123 [摘要] ( 70 ) HTML (1 KB) PDF (1376 KB) ( 115 )

	124	基于局部联合稀疏边缘嵌入的滚动轴承故障诊断
		>周宏娣，张航，钟飞
		滚动轴承是机械设备的重要零部件之一，对其进行及时有效地监测和诊断对机械设备的安全运行有着重大意义。针对多源信息融合导致的高维性、信息冗余等问题，提出了一种基于局部联合稀疏边缘嵌入（locally joint sparse marginal embedding ，LJSME）的轴承故障诊断方法。LJSME利用L2,1范数来重构类间矩阵和类内矩阵并引入局部图保留高维特征间的邻域关系，且将L2,1范数作为目标函数的正则项以保证特征提取的联合稀疏性，从而提高特征的敏感性和鲁棒性。首先从轴承振动信号中提取由时域和频域信息组成的高维特征数据集；随后利用LJSME提取高维特征空间数据集中的敏感低维特征；最后利用K-近邻分类器实现滚动轴承的故障模式识别。通过两组滚动轴承故障数据集对所提出的方法进行验证，与其他三种降维算法相比，所提算法能够有效地提取滚动轴承振动信号的敏感性特征。
		2023 Vol. 42 (14): 124-130 [摘要] ( 88 ) HTML (1 KB) PDF (1624 KB) ( 41 )

	131	轻型客车悬架系统垂向动力学优化研究
		>周庭荣1，王良模1，王陶1，袁刘凯2
		为提升某轻型客车平顺性，进行了空气弹簧性能和悬架系统的匹配研究。建立了整车多体动力学模型,通过前悬架K&C台架试验、后悬架理论计算验证了悬架仿真模型的准确性，仿真得出脉冲路面输入下乘客位置在20km/h垂向加速度过大。搭建联合仿真平台，以扭杆弹簧和空气弹簧参数为设计变量，采用径向基神经网络和神经网络建立了驾驶员位置、乘客位置垂向加速度代理模型，并结合遗传算法对代理模型进行多目标优化，得出悬架参数优化方案。结果表明：优化后车辆以20km/h、30km/h过脉冲路面时，乘客位置的最大垂向加速度分别减小了26.46%和24.88%；在以80km/h速度过B级随机路面时，乘客位置的垂向加速度均方根值减小了23.72%。同时，驾驶员位置平顺性基本不变，明显改善了整车平顺性。
		2023 Vol. 42 (14): 131-137 [摘要] ( 106 ) HTML (1 KB) PDF (2097 KB) ( 47 )

	138	基于小波散射卷积神经网络的结构损伤识别
		>马亚飞1，李诚1，何羽1，王磊1，涂荣辉1,2
		损伤识别是结构状态评估领域的关键问题之一，对确保结构安全性有重要意义。深度学习算法在基于振动的结构损伤识别方面带来了许多突破，但从海量数据中挖掘结构损伤关键信息仍是亟待解决的技术难题。本文提出了基于一维卷积网络(one-dimensional convolutional network ,1DCNN)深度学习的结构多类型损伤识别模型，采用小波散射变换对1DCNN架构第一层卷积滤波器进行替换，通过散射系数实现输入层原始数据降维与特征提取，结合CNN卷积层、激活层和池化层实现监测数据特征增强处理。在此基础上，结合1DCNN全连接层与Softmax函数实现特征数据分类，从而实现结构多类型损伤定位与定量高效识别。通过钢桁架结构和斜拉桥两种数值模型对上述框架进行了验证。结果表明：与普通卷积神经网络模型相比，基于小波散射卷积神经网络的结构损伤识别精度显著提升，损伤分类准确率达95%以上。随着传感数据环境噪声比例的增加，小波散射卷积神经网络损伤分类准确率虽略有下降，但仍保持较高精准度，说明该方法具有较强的鲁棒性抗噪能力。
		2023 Vol. 42 (14): 138-146 [摘要] ( 156 ) HTML (1 KB) PDF (3396 KB) ( 49 )

	147	摆动触发的连铸结晶器非正弦振动系统及工艺参数研究
		>周超1,2，李凤丽1，张兴中2,3，王芳4
		通过控制电机的角速度实现非正弦振动各种参数的在线调节，提出一种摆动触发的对置伺服电机驱动结晶器振动装置。首先阐述振动装置的工作原理,并建立其三维模型；其次，基于整体函数非正弦振动波形，给出实现该波形的伺服电机角速度曲线及工艺参数的计算方法；最后，绘制多工艺参数等值曲线，根据某钢厂连铸机的振动工艺参数，确定出非正弦振动合理的拉坯速度与频率和振幅的同步控制模型。研究表明，理论计算的非正弦振动工艺参数满足取值限度要求，对于进一步减小铸坯振痕深度，改善铸坯与结晶器之间的润滑，提高拉坯速度和铸坯表面质量，具有重要的参考价值。
		2023 Vol. 42 (14): 147-153 [摘要] ( 82 ) HTML (1 KB) PDF (1598 KB) ( 59 )

	154	不同应力路径下辉绿岩能量演化与破坏机制研究
		>苗胜军，段懿轩，尹紫微，刘泽京
		以灵宝矿区辉绿岩为研究对象，开展了单轴及三轴循环加卸载试验和恒轴压卸围压试验，分析了应力-应变曲线及破坏形态，研究了辉绿岩在不同应力路径下的能量演化过程与破坏机制。研究表明：三轴循环加卸载变形破坏过程中，随着循环次数的增加，滞回环的面积逐渐增大，岩样耗散能与弹性能均增大，耗散能的增长速率逐渐变大，弹性能的增长速率逐渐变小，且围压越大耗能比越大，岩样内部的裂隙扩展和汇合现象显著增加；恒轴压卸围压变形破坏过程中，围压对辉绿岩的抗压强度和横向变形影响较大；相同初始围压下，相比较循环加卸载应力路径，卸围压应力路径下试件破坏时弹性能密度更大。
		2023 Vol. 42 (14): 154-161 [摘要] ( 63 ) HTML (1 KB) PDF (2010 KB) ( 44 )

	162	考虑DCT车辆起步过程离合器接合稳定性的双质量飞轮参数优化
		>郭政1，秦大同1，李盛炜2，刘永刚1
		在车辆起步过程中，发动机输出转矩波动会导致离合器接合不稳定，从而影响整车动力传动系统的平顺性。双质量飞轮（Dual mass flywheel, DMF）可减小发动机转矩波动对离合器及整车动力传动系统的影响。针对起步过程离合器接合不稳定影响整车平顺性的问题，以双离合器自动变速器（Dual clutch automatic transmission, DCT）车辆为研究对象，研究了DMF的刚度、阻尼和初级与次级飞轮惯量比对DCT车辆起步过程离合器接合稳定性的影响，并建立了以离合器粘滑比和整车冲击度为目标函数的多目标优化模型，利用遗传算法对模型进行优化，得到了使离合器接合稳定性提高且整车冲击度明显降低的DMF最优参数组合。
		2023 Vol. 42 (14): 162-169 [摘要] ( 99 ) HTML (1 KB) PDF (1594 KB) ( 36 )

	170	变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形设计及承载接触分析
		>马登秋1,2，刘永平1，叶振环2，李大伟1，魏永峭1
		为提高变双曲圆弧齿线(variable hyperbolic circular arc tooth, VHCATT)圆柱齿轮承载能力和改善其动态特性，提出齿面修形设计方法，即齿线方向的刀盘倾斜法和齿廓方向的抛物线修形刀刃法。首先，根据齿轮啮合原理和变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形齿面成形原理，推导修形齿面方程，利用MATLAB和UG实现齿面重构。其次，通过齿轮几何接触分析，计算齿面间隙，同时利用有限元法计算接触点柔度矩阵，进而建立承载接触非线性数学规划模型，获取轮齿承载啮合特性。然后，分析刀盘倾角、抛物线系数与抛物线顶点位置对修形齿面载荷分布与承载传动误差的影响。研究结果表明：取值合理的刀盘倾角和抛物线顶点位置可有效降低齿面载荷与改善系统承载传动误差特性；取值合理的抛物线系数可改善单齿和双齿啮合交替时的载荷突变情况。研究结果为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的动态设计和工业应用提供了理论基础。
		2023 Vol. 42 (14): 170-179 [摘要] ( 117 ) HTML (1 KB) PDF (2518 KB) ( 40 )

	180	4-1型柔索驱动并联机器人稳定性度量及其灵敏度分析
		>刘鹏1,2，曹现刚1，张旭辉1，乔心州1
		4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力，但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此，本文对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究，提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法及其指标；建立4-1型柔索驱动并联机器人稳定性灵敏度分析模型，探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度，提出采用关联度研究和分析末端执行器位置和柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。以4索驱动拣矸机器人为例，对所建立的稳定性度量模型及其敏感度分析模型进行仿真研究，得出了能够保证拣矸机器人末端抓斗满足预定稳定性要求的位置点集；稳定性敏感度研究结果表明：拣矸机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大，关联度为0.9387-0.9647；其次为位置影响因素，关联度为 0.5439-0.7743。
		2023 Vol. 42 (14): 180-188 [摘要] ( 92 ) HTML (1 KB) PDF (1295 KB) ( 34 )

	189	基于磁谐振的预应力钢绞线交变应力监测试验研究
		>刘惠玲1,2，张洪1,2，张森华1,2，夏俊凤1,2，周建庭1,2
		预应力钢绞线的交变应力难以测量。为明确磁谐振方法对预应力钢绞线交变应力监测的适用性，基于磁弹效应和磁滞效应，分析了应力交替过程中拉伸应变效应的感应线圈电感变化，开展了交变荷载作用下的钢绞线应力监测试验。研究了不同交变荷载作用下传感器感应电压的变化规律，明晰了传感器感应电压与交变荷载的对应关系，揭示了交变荷载对传感器感应电压的影响机制。结果表明，交变荷载作用下的感应电压与荷载之间存在线性函数关系，其交变应力监测误差小于5%，磁谐振方法可以监测预应力钢绞线的交变应力。
		2023 Vol. 42 (14): 189-197 [摘要] ( 64 ) HTML (1 KB) PDF (2874 KB) ( 20 )

	198	结构动力方程的一种自适应步长增维精细积分法
		>黄宇熙1，崔颖2，杨国刚1
		增维精细积分法是一种求解结构动力方程的高精度逐步积分算法，其步长的选取会对计算精度产生极大的影响，在实际应用中存在难以确定合适步长的问题。为满足实际工程中对计算精度和效率的要求，提出了一种计算误差的估计方法，并以估计误差和迭代收敛速度为基准，建立了一种自适应步长增维精细积分法。针对三种结构动力方程的算例结果表明：在计算各类线性及非线性振动问题时，该方法均可以在保证计算精度的前提下快速有效地控制算法的计算步长，并且仅需较少的额外计算消耗，显著提高了增维精细积分法的计算效率，使得该方法在求解结构动力方程时更具计算优势和实用价值。
		2023 Vol. 42 (14): 198-203 [摘要] ( 95 ) HTML (1 KB) PDF (1428 KB) ( 96 )

	204	疲劳裂纹水浸式非线性超声混频检测方法研究
		>吕洪涛1，焦敬品2，王俊涛1，刘志毅1，李锋1，张祥春1，石亮1
		本文对钢材试件疲劳裂纹开展水浸式非共线横波混频检测方法研究。利用搭建的水浸式非共线横波混频检测系统和极性反转信号处理方法，进行疲劳裂纹水浸式非共线横波混频检测实验，研究两列非共线横波相互作用角和频率比对混频效应的影响，在此基础上，开展疲劳裂纹二维自动化扫查检测研究。实验结果表明，极性反转法可有效提取检测信号中的混频效应；疲劳裂纹非共线横波混频检测的最佳相互作用角和频率比与经典非线性超声混频理论的谐振条件发生偏移；非共线横波混频二维扫查方法可对试件中疲劳裂纹进行定位和定量检测。研究工作为非共线超声混频检测方法的工程化应用作出了有益探索。
		2023 Vol. 42 (14): 204-210 [摘要] ( 71 ) HTML (1 KB) PDF (2736 KB) ( 67 )

	211	板式轨道充填层自密实混凝土阻尼性能研究
		>陈俊豪1，谢友均1，曾晓辉1，刘锦辉2，郭桃明2，管吉波3，龙广成1
		阻尼性能对土木工程结构的动力行为有重要影响，目前尚未见针对地铁板式轨道填充层自密实混凝土（self-compacting concrete ，SCC）阻尼性能的研究。本文采用MTS疲劳试验机，研究了不同应力幅值、橡胶掺量和尺寸对SCC滞回耗能和损耗因子的影响规律及变化机理，并对SCC的滞回耗能进行数值模拟。结果表明：SCC的滞回耗能随应力幅值的增加先慢后快的增大，这与其损伤演变和动弹性模量退化密切相关，内部缺陷的能量耗散是SCC的主要阻尼机制；滞回耗能与应力幅值呈幂函数关系，其中SCC的幂指数值最小，表明SCC的非线性程度最低；橡胶显著增大了SCC的阻尼性能，在相同的应力幅值下，SCC的滞回耗能随着橡胶掺量的增加和尺寸的降低而增大；Kelvin模型可用来模拟SCC在循环荷载下的滞回耗能，计算值与试验结果吻合良好。
		2023 Vol. 42 (14): 211-219 [摘要] ( 64 ) HTML (1 KB) PDF (2536 KB) ( 24 )

	220	BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击性能
		>朱德举，钟伟霖，徐振钦，刘志健，郭帅成，李安令
		为研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP)筋增强海水海砂混凝土(Seawater Sea-sand Concrete, SSC)梁的抗冲击性能，利用落锤冲击装置研究了不同冲击能量(1818 J、2727 J、3636 J、4848 J)作用下，不同混凝土强度(30 MPa、50 MPa)和配筋率(0.23%、0.48%)的BSFP-SSC梁冲击响应，并测试了冲击后梁的残余承载力。结果表明：随着冲击能量的增加，BFRP-SSC梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏，梁的残余承载力系数逐渐降低。提高配筋率或海水海砂混凝土强度，均可有效降低梁的最大跨中位移，提升初始峰值冲击力和抗冲击性能。本研究可以为BFRP筋增强海水海砂混凝土梁的抗冲击设计提供重要依据。
		2023 Vol. 42 (14): 220-228 [摘要] ( 87 ) HTML (1 KB) PDF (3272 KB) ( 61 )

	229	基于对比学习的滚动轴承早期故障在线检测方法
		>王岩红1，温笑欢1,揭永琴1，王少伟2
		早期故障检测不仅是故障诊断与设备健康管理的难点，也是工业生产实践中亟待攻坚的技术重点。本文在工业大数据驱动视域下，提出了一种基于对比学习的滚动轴承异常及早期故障在线检测方法。首先，建立一个基于深度可分离卷积及残差连接的深度编码器，在能有效提取信号特征的同时进一步降低模型参数量和计算量；其次，设置特定代理任务以实现基于对比学习方法的无监督编码器训练，使编码器胜任不同采样点信号之间差异的学习任务；最后，通过训练后的编码器对信号进行特征提取，并设计一种在线检测算法，该算法能够识别并区分滚动轴承的异常及早期故障。本文引入XJTU-SY数据集对上述方法进行验证，结果表明，与现有无监督故障检测方法相比，本方法准确性高，时效性强，丰富了不同工况下轴承全生命周期的健康管理方法。
		2023 Vol. 42 (14): 229-236 [摘要] ( 134 ) HTML (1 KB) PDF (1699 KB) ( 67 )

	237	基于熨平装置振动特性的摊铺密实度识别技术研究
		>罗清云1，刘洪海1，吴平2，史妍妮1
		为了检测摊铺层密实度，根据主副振捣器与铺层材料的接触情况，将熨平装置分为四种振动状态，建立了二自由度的振动模型；通过Newmark-β法对模型进行求解，分析了熨平装置质心位移幅值、加速度幅值与熨平板振动器频率、振捣频率、铺层材料特性之间的关系，得出了熨平板加速度频谱图，并进行了相应的试验研究。研究结果表明：基于冲击接触模型得到的熨平装置加速度频谱图，包含了振动器频率、振捣频率及其谐波分量；熨平装置加速度频谱中，振捣主频与熨平板振动器主频的幅值比随铺层密实度的增加而变大，通过振捣主频与熨平板振动器主频幅值比可实现摊铺密度的在线识别。研究结论可为检测摊铺密实度，提升路面施工质量提供参考。
		2023 Vol. 42 (14): 237-244 [摘要] ( 70 ) HTML (1 KB) PDF (2095 KB) ( 27 )

	245	基于深度动态域适应的轴承故障诊断研究
		>王军辉，雷文平，刘华杰，魏李军，韩东洋
		针对迁移学习中源域，目标域数据分布差异大，传统学习中边缘分布与条件分布贡献动态变化难以适应的问题，提出了一种基于深度动态域适应的轴承故障诊断方法。在域适应层引入动态分布自适应方法，通过域分类器分别进行边缘分布对齐和条件分布对齐，在根据平衡因子动态衡量条件分布和边缘分布对域的贡献度，进行动态域适应。通过对凯斯西储大学和江南大学轴承数据集变工况下的迁移诊断试验及对比分析，有效地提高了跨域诊断的精度，验证了所提方法的有效性与卓越性。
		2023 Vol. 42 (14): 245-250 [摘要] ( 92 ) HTML (1 KB) PDF (1574 KB) ( 50 )

	251	基于筋腱失效分析TLP动态响应
		>刘葳兴1，刘磊1，吴海涛2，崔琳3，王鑫1，张之阳1
		本文对张力腿平台(tension leg platform ，TLP)在不同系泊失效条件下的动态响应进行分析，采用全耦合数值工具ANSYS/AQWA建立非线性平台-筋腱模型，并提出一种模拟筋腱失效的方法。文中主要分析了筋腱失效时的瞬态响应，筋腱同时失效和渐进失效下的平台瞬态响应，以及筋腱失效后平台的性能变化。结果表明：首先，筋腱断裂失效会导致平台产生瞬时过冲；其次，筋腱同时失效下的瞬态响应比筋腱渐进失效的瞬态响应更显著；最后，筋腱失效后平台的性能会发生明显的变化。因此，需提前研究筋腱断裂对平台动态响应的影响，防止平台的安全性受到威胁。
		2023 Vol. 42 (14): 251-259 [摘要] ( 95 ) HTML (1 KB) PDF (2505 KB) ( 25 )

	260	考虑随机效应的Clough-Penzien功率谱参数预测模型及地震动合成
		>丁佳伟1,2，吕大刚1,2，曹正罡1,2
		国内外学者对典型的地震动参数（PGA、PGV、SAs、Ia、Ds等）预测方程的研究不断深入，但对于表征地震动频谱特性的功率谱模型参数预测方程的研究却很少。鉴于地震动的频谱特性与震源特性、传播路径和场地条件紧密相关，本文基于地震动传播的物理机制建立了Clough-Penizien功率谱（C-P谱）模型参数的预测模型。为了更好地描述不同地震事件不同记录之间的相关性，对模型考虑随机效应，建立了谱参数的预测随机效应模型。采用改进的随机效应一次迭代回归算法，对各类场地C-P谱模型参数的预测随机效应模型进行回归分析，确定了模型系数。结合相位谱的物理传播模型与本文提出的C-P谱参数预测模型，构建了“震源-传播路径-局部场地”物理传播机制的随机函数模型。算例分析结果表明：本文提出的谱参数预测方程模型与实际功率谱拟合较好，模拟得到的地震动记录与原始地震记录的时频特性十分接近，可以较好实现地震动记录的模拟和预测，对地震危险性、易损性和风险分析及抗震设计与评定具有重要的指导意义。
		2023 Vol. 42 (14): 260-269 [摘要] ( 108 ) HTML (1 KB) PDF (2107 KB) ( 30 )

	270	蓄能器参数对砍蔗-切段负载敏感系统液压冲击的影响研究
		>陈远玲，陈承宗，彭卓，陈浩楠，王梦乔，石浩
		甘蔗机械化收割过程中振幅波动大的载荷，以及对多路换向阀的频繁操纵都会产生较大的液压冲击。本文以甘蔗联合收割机的砍蔗-切段负载敏感系统为研究对象，提出在泵的出口处增加蓄能器以抑制液压冲击。以蔗地实测载荷数据为基础，基于AMESim建立砍蔗-切段负载敏感系统仿真模型，研究蓄能器参数对砍蔗-切段负载敏感系统液压冲击的影响规律及优化匹配方法，并对仿真结果进行实验验证。研究结果表明：蓄能器的预充气压力越接近工作压力，压力冲击抑制效果越好，压力响应速度也越快，蓄能器的预充气压力最优区间为系统正常工作压力的50%-83%。
		2023 Vol. 42 (14): 270-277 [摘要] ( 64 ) HTML (1 KB) PDF (2128 KB) ( 16 )

	278	均匀流场中串列阶梯圆柱流致振动实验研究
		>及春宁1，张妍1，殷彤1，赵亚伟1，袁德奎2，许栋1
		采用实验方法研究了均匀流场中雷诺数570～5000范围内串列阶梯圆柱的流致振动现象，阶梯圆柱的覆盖率为R=50%，直径比为D/d=1.5。实验过程中，上游圆柱固定，下游圆柱可沿横流向自由振动。考虑了s/D=2、4、8、16四种间距比和上、下游阶梯圆柱同相布置和反相布置两种情况。结果表明：间距比对于串列阶梯圆柱间的相互作用有着明显的影响，间距比的变化会改变柱间流动模式，导致下游圆柱的振动特性发生改变。对于反相布置的情况，在小间隙比和高折合流速的条件下，下游阶梯圆柱发生尾流驰振，振幅随着折合流速的增加而显著增加。而当间距比s/D ≥ 8后，外形相位的影响则可以忽略。
		2023 Vol. 42 (14): 278-286 [摘要] ( 96 ) HTML (1 KB) PDF (1692 KB) ( 17 )

	287	Z24桥阻尼比长期变化影响因素及影响规律
		>尚志强1,2，夏烨3，孙利民3,4,5，辛公锋1,2
		为研究Z24桥阻尼比长期变化的影响因素及影响规律，首先利用该桥长期监测数据，采用加速度时间序列语义分割获取了大量的加速度自由衰减响应，由指数衰减法得到了为期约10个月的一阶阻尼比识别结果。然后分析了结构温度、振动剧烈程度、结构损伤对阻尼比的影响规律。结果表明：Z24桥一阶阻尼比与结构温度具有极强的相关性，0℃以下时段，阻尼比随结构温度降低呈先增大后减小的非线性变化；0℃以上时段，阻尼比随结构温度升高而线性减小，二者相关系数最高可达0.98；环境激励（桥下通行车辆）与重物坠落激励下，阻尼比受振动剧烈程度的影响均无明显规律可循；阻尼比对各种结构损伤的存在与否亦无确切的指示性作用，由阻尼比获取更有效的损伤特征仍有待于进一步的研究。上述因素的影响规律应在结构振动控制设计、损伤识别等阻尼比应用场景中得到考虑，以提升结果的合理性与可靠性。
		2023 Vol. 42 (14): 287-295 [摘要] ( 91 ) HTML (1 KB) PDF (2204 KB) ( 40 )

	296	基于扰动观测器的铆接机器人轨迹跟踪控制
		>李宗刚1,2，李龙雄1,2，杜亚江1,2，陈引娟1,2
		为解决铆接机器人工作时外部干扰造成系统抖震大，轨迹跟踪精度较低问题，设计一种扰动观测器与分数阶滑模控制器组合的自适应控制方法。首先，通过引入时延估计策略建立铆接机器人的局部动力学模型，利用扰动观测器实时观测系统模型所受的可见干扰，其次，针对系统产生的抖震问题，设计分数阶滑模面替代传统滑模控制，采用新型趋近律使系统在切换面上能够连续平稳运动，针对系统所受的不可见干扰，设计自适应策略实现对外部干扰的完全补偿。最后通过Lyapunov函数证明所设计控制器的有效性。以三自由度机器人进行仿真及实体实验，结果表明，相较于分数阶滑模控制，采用本文控制器后机器人各关节的追踪误差峰值分别下降了50%、59%和63%，从而验证了该控制器不仅能有效消除系统所受较大干扰产生的抖震问题，而且提高了铆接机器人作业时的鲁棒性和轨迹跟踪精度。
		2023 Vol. 42 (14): 296-305 [摘要] ( 94 ) HTML (1 KB) PDF (1936 KB) ( 144 )

	306	动态大气环境下高速飞行器气动噪声不确定性量化研究
		>郑伶华1,2，陈强1,2，李彦斌1,2，方芳3，费庆国1,2
		临近空间内大气参数的动态变化会导致高速飞行器气动噪声具有显著的不确定性特征，准确量化气动噪声不确定性特征对飞行器结构设计具有重要意义。本文针对高速飞行器机翼结构，首先通过本征正交分解和代理模型技术建立气动噪声的降阶分析模型，提升气动噪声的分析效率；然后，基于降阶分析模型和大气参数的随机分布特性，高效量化动态大气环境下高速飞行器气动噪声的不确定性特征；最后，通过敏感性分析研究大气参数对气动噪声的影响程度。研究结果表明：本文所构建的降阶模型具有较高的分析效率和预示精度，能够准确高效地量化动态大气环境下飞行器气动噪声的不确定性特征；大气参数和气动噪声之间存在非线性关系，激波及激波后边界层分离非线性是造成气动噪声剧烈波动的重要原因；大气密度变化对气动噪声不确定度贡献较大。
		2023 Vol. 42 (14): 306-313 [摘要] ( 124 ) HTML (1 KB) PDF (1637 KB) ( 73 )

	314	基于锰铜高阻尼合金弹簧的反作用轮隔振器性能研究
		>王怡鑫，徐洋，盛晓伟，尹显波
		为解决反作用轮微振动引起卫星成像质量下降问题，依据反作用轮微振动特性，设计了一种汇聚式六自由度被动隔振系统。隔振系统通过弹簧刚度设计降低系统整体模态频率，结合高阻尼特性的锰铜合金作为隔振元件材料来提高振动能量衰减。首先，采用拉格朗日方程建立隔振系统动力学模型，考虑刚度对隔振性能影响，设计不同结构参数弹簧进行对照，分析弹簧径轴刚度比与系统基频关系，并确定最佳隔振结构参数。其次，利用有限元法分析隔振系统模态及振动传递特性，讨论各自由度下振动抑制性能。最后，搭建Kistler微振动试验平台对隔振前后的反作用轮微振动进行测量，分析与验证隔振器的减振效果。结果表明：隔振系统在六个扰动方向和中高频范围内隔振效果显著，在1000Hz主频振动处隔振效果超过40dB；在0~2500rpm转速内Fz方向上最大振动幅值的减振百分比达到92.42%。
		2023 Vol. 42 (14): 314-320 [摘要] ( 86 ) HTML (1 KB) PDF (2043 KB) ( 54 )

	321	附加自由阻尼板高频振动响应的能量流模型
		>江旭东1，韩月东2，滕晓艳2
		为了预示自由阻尼结构(free layer damping ,FLD)的高频振动响应，将复刚度法与能量流分析(energy flow analysis ,EFA)理论相结合，推导了大阻尼条件下高频振动自由阻尼板的能量密度方程。分析了阻尼交界面处的能量传递关系，利用耦合结构的能量流分析方法推导了局部附加阻尼处理的薄板结构的能量密度方程。基于上述能量密度方程，构建了完全/局部自由阻尼板的能量有限元模型，求解了阻尼层合结构的高频能量流响应。通过对比模态解析解与能量有限元模型的数值解，验证了所建立的自由阻尼板高频振动能量流模型的有效性。
		2023 Vol. 42 (14): 321-330 [摘要] ( 94 ) HTML (1 KB) PDF (2273 KB) ( 124 )

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