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2023年 42卷 20期
刊出日期：2023-10-28
论文
论文
1
高压气体爆破作用下层状岩体的地表振动效应预测方法
>魏海霞，祝杰，杨小林，褚怀保
针对高压气体爆破致裂机理和振动效应传播机制研究不足的现状，首先系统分析了冲击波、多介质流场与炮孔孔壁界面之间的相互作用全过程，突破了爆破荷载在孔壁界面处的过理想连续条件，推导了满足界面压力不连续条件的孔壁压力计算模型。然后，提出了一种高压气体爆破作用下层状岩体的地表振动效应预测方法，并通过比较所提预测方法与数值模拟方法对同一算例的地表振动效应计算结果，验证了所提地表振动效应预测方法的可行性。研究结果表明，在掏槽爆破效果相同的前提下，高压气体爆破比炸药爆破更能有效控制层状岩体的爆破振动效应安全。可为高压气体爆破的方案优化和振动效应预测及控制提供重要的理论指导，尤其适用于地表振动需要严格控制的城市地下工程。
2023 Vol. 42 (20): 1-11 [
摘要
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12
SSA优化深度双向门控循环单元网络的轴承性能退化趋势预测
>陈仁祥1，陈国瑞1，徐向阳1，胡小林2，张雁峰1
为在非经验指导下获取双向门控循环单元网络中最优隐藏层单元数，实现滚动轴承性能退化趋势预测，提出基于麻雀搜索算法优化深度双向门控循环单元的轴承性能退化趋势预测方法。首先，在正向门控循环单元网络基础上，增加反向门控循环单元网络，以构建深度双向门控循环单元预测网络；然后将预测值与真实值的均方误差作为适应度值，根据麻雀发现者和捕食者进行参数更新，经优化后获得最优隐藏层单元参数下的深度双向门控循环单元网络预测模型；最后，通过全连接层实现性能退化趋势预测。在公共数据集与实测数据集上进行实验验证，验证了所提方法的有效性与可行性。
2023 Vol. 42 (20): 12-18 [
摘要
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19
高温后钢纤维橡胶自密实混凝土动态冲击性能
>庄金平1,2，任凯2，许可2，陈剑星3
为探究高温后钢纤维橡胶自密实混凝土（steel fiber rubber self-compacting concrete ，SFRSCC）的动态力学性能，采用直径为80mm分离式-霍普金森压杆装置（SHPB）对其进行动态冲击试验，在确定钢纤维最优掺量基础上重点探讨了橡胶掺量对高温后SFRSCC破碎形态、动态抗压强度、冲击韧性以及动态应力增长因子等影响规律。试验结果表明：与常温下相同，随着橡胶掺量的增加，高温冷却后SFRSCC的动态抗压强度呈逐渐降低的趋势；与常温下相反，高温冷却后SFRSCC抵抗冲击破碎能力、冲击韧性、动态应力增长因子均随着橡胶掺量的增加呈逐渐降低的趋势。对比试验得到的动态应力增长因子与CEB-FIP建议公式计算值的差异，提出了高温后SFRSCC的动态增长因子的修正公式，修正公式的计算值与试验结果和其他文献的试验结果吻合较好，可为进一步分析探讨高温后SFRSCC动力特性提供一定参考。
2023 Vol. 42 (20): 19-29 [
摘要
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30
弹性桨-轴系统建模与计算方法研究
>李家盛1,2，3，张正艺1,2，华宏星4
弹性桨-轴与流体产生的双向流固耦合效应，显著改变了推进系统振动性能。现有研究分别针对桨叶和转轴弹性采用分离模型进行，即：流体-弹性桨与流体-刚体桨-弹性轴模型。而在实际工况中，转轴由于发生振动，使得弹性桨入流条件与忽略轴系振动时的差异很大。另一方面，现有分离模型在预报时，是基于流体在桨叶振动平衡位置处界面力学关系开展的，未能真实反映流体在振动桨叶物理表面行为特征，难以满足桨-轴系统振动特性准确预报的现实需求。本文拟针对流体-弹性桨-轴复杂系统双向流固耦合问题，基于精确的振动桨叶表面流体界面力学关系，建立弹性桨-轴双向流固耦合一体化模型并发展一套高效高精度稳定数值算法。结果表明船舶研究者需建立流体-弹性桨-轴一体化模型，以重新评估附加质量/阻尼及轴承处激励力。建立的模型与算法和得到的结果可为低速水下航行器声振性能设计和评价提供理论和技术支持。
2023 Vol. 42 (20): 30-39 [
摘要
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40
基于机器学习的巨-子结构隔震体系地震损伤等级预测研究
>李祥秀1，宋笑彦2，李小军1,2，李易2，刘爱文1
建立了巨-子结构隔震体系的三维有限元模型，基于地震动峰值加速度（PGA）对20条实际地震动记录进行调幅，在此基础上对考虑不同锈蚀状态下的巨-子结构隔震体系进行增量动力时程分析，得到了240组地震响应样本，探讨了钢材锈蚀对巨-子结构隔震体系抗震性能的影响。利用机器学习的方法将结构信息、地震动信息与结构的损伤等级相关联，给出了六种机器学习算法对巨-子结构隔震体系损伤等级的预测结果：极端梯度提升树、梯度提升树、随机森林、决策树的总体预测准确率均达到80%以上，其中极端梯度提升树算法表现最佳，准确率为86.6%且对不同损伤状态的预测精度也较高，支持向量机算法的总体预测准确率最低为60.3%。
2023 Vol. 42 (20): 40-47 [
摘要
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48
基于风洞试验的板桁分离及板桁结合梁颤振性能对比研究
>陈晨1,2，伍波2,3，李志国1,2，廖海黎1,2
为研究大跨度桥梁断面形式差异对颤振性能的影响，以赤水河桁架桥为研究对象，通过节段模型风洞试验分别对板桁结合断面与板桁分离断面进行颤振性能测试。试验结果显示，两种梁型在颤振特性上存在显著差异，板桁分离梁的颤振形态表现为自限幅弯扭耦合软颤振，且其起振风速、稳态振幅和颤振频率等模态特性随风攻角由负到正而增大、减小和增大；板桁结合梁的颤振形态包含发散型硬颤振与自限幅软颤振两种，其起振风速、颤振频率与耦合程度等特征随风攻角的变化无明显规律。最后基于试验数据，提取了振幅依存的模态阻尼比，初步探讨了颤振形态变化的力学机理，结果显示，板-桁分离间隙对模态阻尼演化曲线的改变，会进一步提高负攻角下系统的颤振发散风速，改善系统的颤振性能。
2023 Vol. 42 (20): 48-57 [
摘要
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58
剪切增稠液及其复合织物动态力学行为与数值研究进展
>刘璐璐1，谢志浩1，赵振华2，罗刚2，陈伟1
剪切增稠液（Shear thickening fluids, STFs）是一种新型智能液体装甲材料，与织物复合时可有效提升织物抗冲击能力，在结构冲击领域有广阔的应用潜力。论文对STF及其增强织物的动态力学行为与数值仿真方法最新进展进行了综述和评价，介绍了STF剪切增稠机理及流变特性的主要影响因素，讨论了STF、STF复合织物的动态力学行为及本构模型，分析了STF复合织物的抗冲击性能的影响因素及STF对织物的增强机理，讨论了STF复合织物在数值仿真方法研究方面的最新进展。最后对STF及其增强织物的力学行为研究进行了总结，并对STF的发展趋势进行了展望。
2023 Vol. 42 (20): 58-68 [
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69
基于改进胶囊网络的轴承复合故障诊断研究
>袁洪芳1，张晓宁1，王华庆2
滚动轴承的工作环境复杂，各个部位经常同时发生故障并相互影响，产生复合故障。传统的方法往往将复合故障视为单独的一类，难以识别其中包含的具体故障。针对这一问题，提出了一种基于胶囊网络和多标签分类的智能复合故障诊断方法。首先，将原始振动信号作为输入，通过卷积层和挤压激励模块实现特征提取。其次，初级胶囊层将提取的特征转换为向量，通过自注意路由算法传递到高级胶囊层。最后，通过多标签分类器得到诊断结果。经实验室数据验证，该方法在不同转速数据集上的准确率分别达到了98.70%、98.04%和94.72%，有效识别了复合故障。
2023 Vol. 42 (20): 69-76 [
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77
输电导线结冰数值模拟与影响因素分析
>高鹏1，臧五岳1，李丹煜2，徐枫1，段忠东1，欧进萍1
本文通过建立二维输电导线结冰模型实现结冰冰形预测。空气流场和对流换热通过Fluent软件计算，采用基于拉格朗日法的离散相模型（DPM）计算输电导线表面水滴收集系数，利用Fluent的用户自定义函数（user-defined function ,UDF）编程求解Messinger热力学模型，计算得到了输电导线表面结冰冰形与结冰厚度。研究中考虑了风速、水滴中值体积直径（MVD）、温度、空气含水量和风向角等因素对输电导线结冰特性的影响。通过UDF实现导线的强迫振动，着重分析了输电导线振动对结冰特性的影响，得到了振动幅度和振动频率对局部水滴收集系数和结冰冰形的影响规律。
2023 Vol. 42 (20): 77-85 [
摘要
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86
含集中质量的斜置输流管路的流体诱发振动分析
>刘伟，赵千里
为了研究倾斜安置的含集中质量的输流管路的流体诱发动力学特性，在一般形式控制方程的基础上，引入重力和倾角两个因素从而建立了问题的动力学微分方程，利用基于新型形函数的Galerkin法离散该微分方程的解，通过推导及初等变换，最终获得求解管路固有频率的特征方程。通过实例计算，发现：（1）同等参数水平下，向上倾斜的管路的刚度更低；（2）随集中质量的增加，在既定的流速下，固有频率首先急速减小，然后趋势放缓，但集中质量的改变不会影响发散临界流速的计算结果；（3）随集中质量安置坐标的增加，在既定的流速下，固有频率波动变化，且安置坐标能够引起临界流速和失稳形式的变化。上述内容可被推广用于研究具有其他支承形式及附加元素的管路的流固耦合振动问题，可以为后续的振动可靠性等问题的研究作了良好的理论及计算方法方面的铺垫。
2023 Vol. 42 (20): 86-90 [
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TI介质中P-SV波传播的SBP-SAT模拟
>杨在林1,2，魏夕杰1，孙铖3，杨勇1,2
基于速度-应力形式的弹性波动方程，采用分部求和（Summation By Parts）和同时逼近项（Simultaneous Approximation Terms）技术建立的SBP-SAT方法，推导了横向各向同性介质（Transversely Isotropy，TI）的矩阵对称型（Symmetric Matrix Form，SMF）弹性波动方程离散形式，并通过能量法进行了稳定性分析。将该方法应用于倾斜横向各向同性介质（tilted transverse isotropic ,TTI）模型、分层VTI介质模型和含裂缝及曲线域的复杂介质模型，对所得的速度幅值和单炮记录分析并总结规律；对不同时间步长、单元网格数的结果进行对比，得出计算效率并验证该方法在求解P-SV波传播问题上的正确性。数值模拟结果表明：该方法模拟精度高，适用性好，在地震数值模拟领域有很好的应用价值和前景。
2023 Vol. 42 (20): 91-97 [
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98
基于MIMU的输电杆塔螺栓状态识别
>陶慧1,2，贺国帅1,2，杨金显1,2，艾朋伟1,2
为识别输电杆塔螺栓是否松动，提出基于微惯性测量组合（micro inertial measurement unit ,MIMU）的输电杆塔螺栓状态识别的方法。首先利用MIMU采集杆塔螺栓的三轴加速度和三轴角速度振动数据，使用五点三次平滑法对振动数据降噪处理；其次提取降噪后振动数据的方差、峰-峰值、峭度、频率方差、重心频率和能量特征，利用熵权法（EWM）计算特征权重，构建特征权重分布；最后将特征权重分布与KL（Kullback Leibler）散度结合对杆塔螺栓状态识别。模拟实验和现场实验表明，当输电杆塔螺栓松动时，方差的权重减小，能量的权重增大，不同状态杆塔螺栓的特征权重分布不同，将特征权重分布与KL散度结合可以识别杆塔螺栓状态。
2023 Vol. 42 (20): 98-104 [
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105
伪标签驱动局部子空间对齐的跨域故障诊断方法
>张猛1，王波1,2，徐浩1，杨文龙1，汪超1
由于不同工况下的同类故障特征间存在分布差异，导致了源域中训练的智能诊断模型在应用至目标域时出现性能退化。针对此问题，提出一种伪标签驱动局部子空间对齐，以减少不同域分布差异从而实现跨域故障诊断的方法。首先通过迁移源域中的预训练模型并联合余弦相似度的计算，在模型不同位置为目标域无标签样本计算样本伪标签的概率分布；然后引入局部最大平均差异 (Local maximum mean difference, LMMD)来减少源域和目标域相同子空间的特征分布偏差，实现对齐源域和目标域相关子空间；并且采用宽核卷积神经网络 (Convolutional neural network, CNN) 提取深层次跨域不变特征，最终实现较高故障诊断准确率的跨域智能故障诊断。实验结果表明，在两组验证数据集上所提方法均实现了最高的故障诊断准确率，证明了该方法的优越性，具有较好的实际应用价值。
2023 Vol. 42 (20): 105-113 [
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114
基于信息融合及双连接注意力残差网络的轴承故障诊断
>张洪亮1，余其源1，秦超群1，王锐2，张宇腾1
针对单一传感器获取特征信息不足、深层卷积神经网络提取的故障特征缺乏重要性区分的问题，提出一种传感器信息融合与双连接注意力残差网络相结合的轴承故障诊断方法。首先，对从不同位置采集的振动信号，采用传感器信息融合策略转换成多通道输入，以获取更全面的故障特征信息；其次，针对融合后的多通道输入，设计了一种双连接残差网络来增强模型对特征信息的提取，同时引入通道注意力机制模块，对输出的特征赋予不同权重，使模型提取到的特征更具有鉴别性，改善了识别准确率。将所提方法应用于复杂工况下的轴承数据集，实验表明，该方法在变工况和噪声环境干扰下，具有良好的故障分类精度。
2023 Vol. 42 (20): 114-123 [
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124
水下平板流激声辐射快速预报方法研究
>胡昊灏，周石头，赵傲，蒋哲伦
本文旨在提出一种计算流激噪声的数值预报方法，首先以非相关平面波叠加理论为基础合成湍流脉动压力谱，将随机问题转化为一组确定性问题，并结合有限元声振耦合模块计算流激结构振动声辐射。论文给出了该方法的详细流程，通过与流激平板解析解对比验证了算法的正确性。从波数滤波机理出发，给出了波数域截断的准则，并分析了波数分辨率、平面波组数、有限元网格密度等重点参数对计算精度的影响，最后通过对比计算时间指出本文算法较传统有限元法有明显优势。该算法为快速预报水下结构流激噪声提供技术支撑。
2023 Vol. 42 (20): 124-129 [
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130
基于复合多尺度交叉模糊熵的行星齿轮箱故障诊断
>候双珊，郑近德，潘海洋，童靳于，刘庆运
模糊熵是衡量时间序列复杂性的非线性动力学分析方法，也是提取齿轮箱非线性故障特征的有效工具。然而模糊熵只对单个时间序列进行复杂性测量，忽略了两个不同时间序列之间模式的相似性。为充分利用振动信号间的丰富信息，将能够有效衡量两个时间序列同步性、相似性和互预测性的交叉熵理论引入到行星齿轮箱故障诊断中。针对单一尺度的熵值不能完整反映序列间模式复杂性问题，通过复合粗粒化的方式对时间序列进行多尺度分析，提出了衡量两通道时间序列相似性与互预测性的复合多尺度交叉模糊熵方法。在此基础上，提出了一种基于复合多尺度交叉模糊熵和萤火虫优化支持向量机的行星齿轮箱故障诊断方法。最后，将所提的故障诊断方法应用于行星齿轮箱试验数据分析，并与现有方法进行了对比，结果表明所提方法能够有效提取故障特征，并且在故障类型诊断方面有更高的识别率。
2023 Vol. 42 (20): 130-135 [
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136
考虑平台运动作用的大口径冷水管动力响应特性研究
>张理1，谭健2，张玉龙3，马鸿宇2，段青峰2，段梦兰2
大口径冷水管在提升超大流量的冷水海水过程中，复杂多变的运行工况将导致管道振动和失稳。为揭示平台运动作用下冷水管动力响应特性，基于悬臂梁理论模型，全面考虑平台运动、内流、外流及配重块作用，建立管道振动控制方程及边界条件，结合半解析解法，求解出两种边界条件下的半解析解，并与Galerkin方法对比，验证其准确性和有效性。结果表明：仅平台运动振幅影响管道振动变形的发展规律，而平台振动频率的影响几乎可以不计。在平台运动作用下，可显著提高内流对管道振动变形的影响，使得管道振动变形提前进入过渡阶段，而平台运动对于仅受外流作用下管道振动的横向位移影响甚微。管道底部配重块的重量越大，对管道的振动变形抑制效果越强。
2023 Vol. 42 (20): 136-147 [
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148
考虑残余变形的SMA棒材数值模拟方法研究
>俞昊然 1,2，李维滨2
为了模拟实际情况中超弹性形状记忆合金(shape memory alloy ，SMA)棒材在循环拉伸荷载作用下的残余应变，解决SMA棒材在自复位体系中应用时结构的自复位性能数值模拟结果偏于理想的问题，提出了一种可以考虑残余变形的SMA棒材数值模拟方法。本文采用基于唯象理论的Auricchio本构模型，对4个超弹性SMA棒材算例进行了有限元模拟，在此基础上，采用材料置换的思路，以等效弹塑性金属的塑性变形来反映SMA棒材受力后的残余变形，给出了具体的SMA棒材残余变形有限元模拟方法，并根据试验数据对模拟结果进行了验证。研究结果表明，基于Auricchio本构模型的SMA棒材有限元模拟结果无法表现材料的残余变形，而采用本文提出的可以考虑残余变形的SMA棒材数值模拟方法能够较好地反映SMA棒材包括残余应变在内的各项力学性能。
2023 Vol. 42 (20): 148-157 [
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158
驳船撞击作用下双柱式桥梁的动力行为分析
>陈天黎1，吴昊1，方秦2
桥梁结构在其服役期内可能受到偶然性船舶撞击的威胁。针对双柱式桥梁在驳船撞击作用下的动态响应和损伤破坏，开展了下部结构缩比模型试验和数值仿真研究。首先，分别进行了1:5缩尺驳船船艏和刚性体侧向撞击双柱式桥墩模型试验，获取了撞击力时程、船艏压溃深度和桥墩的动力行为。其次，基于LS-DYNA有限元分析软件，开展试验的数值仿真，通过对比预测结果与试验数据，验证了采用的数值模拟方法、材料模型和参数的适用性。进一步，分别建立了精细化和简化的原型驳船-桥梁撞击有限元模型，对比验证了采用纤维梁单元表征桩的简化模型的可靠性，并对驳船-桥梁撞击过程，以及驳船质量、撞击速度和角度对桥梁动力行为的影响进行了讨论。结果表明，相同撞击能量下，撞击速度对驳船船艏的永久压溃深度影响更为显著；撞击角度对撞击持时和桥梁动力行为影响更大，增加了桥梁整体倒塌风险。本文工作可为双柱式桥梁抗驳船撞击评估与设计提供一定参考。
2023 Vol. 42 (20): 158-171 [
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172
高柔塔风电机组塔筒振动特性分析
>何维令，魏煜锋，蒋祥增，何宇翔
高柔塔风电机组具有轻质、高耸、低阻尼等特点，使得其在不同激励作用下的振动响应更为激烈，研究其在运行状态下的振动规律和动态特性对机组的安全评估具有重要意义。以某140米级高柔塔风电机组塔筒为研究对象，测量其在不同高度处的振动响应信号，利用频谱分析方法分析其频域特性和振动形式；通过小波包分解和能量熵计算原理对实测信号进行分解和计算，得到塔筒结振动信号的能量分布特性和能量熵，并分析了两者之间的关系；最后对不同工况下各个测点振动信号的均方根 (root mean square, RMS) 值和能量熵进行统计，发现：随着发电功率的提升，塔筒振动信号RMS值具有增大的趋势，振动能量具有先分散后集中的分布规律，能量熵具有先增大后变小的变化趋势，试验表明，发生这一变化的本质原因是随着叶轮转速的提升，塔筒结构的振动形式由自振-强迫振动-共振的变化导致了塔筒振动能量的强度和分布发生了改变。
2023 Vol. 42 (20): 172-180 [
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181
双频激励下微弯液压管道的非线性振动研究
>范鑫1,2，舒送1，张俊宁3，肖璐3，毛晓晔3，丁虎3
首次研究了双频激励下两端固支微弯液压管道的非线性振动，分析了拍振现象发生时管路非线性受迫振动特性。利用广义哈密顿原理建立微曲管道控制方程，使用Galerkin法将非线性偏微分积分方程离散为非线性耦合常微分方程组，采用龙格库塔法数值求解，并用微分求积单元法(Differential Quadrature Element Method, DQEM)进行数值验证，得到了微曲管道受迫振动响应。在此基础上，讨论了两个激励频率差值对管道中点受迫振动响应的影响，并分析了系统横向振动在一阶固有频率附近的分岔现象，考察了液压管道的混沌特性。分析结果表明，两个激励频率相差较小时会出现混沌现象，随着频率差值的减小，管道的混沌区域先增大后减小。这些结论为多频激励下液压管道系统复杂振动的研究提供了理论依据和研究方法。
2023 Vol. 42 (20): 181-187 [
摘要
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188
动车传动系统的振动特征分析
>杨柳1，2，杨绍普2，梁儒全1，杨月婷2
高速动车传动系统中的关键部件振动特性，对高速动车组运行的稳定性和安全性有着非常重要的影响。受复杂激励环境、振动传递路径等因素的影响，实测动车关键部件加速度振动信号难以分析出其故障及服役振动特征。为了研究不同运行工况下传动系统关键部件的振动特性，考虑了柔性轮对、齿轮啮合、轴箱轴承及刚性构架特征，建立了动车传动系统与车辆构架的半整车刚柔耦合模型。基于时变刚度下的系统动力学模型，研究传动系统的幅频响应特征，探索关键部件的振动机理。最后，针对不同工况及其转速，分析关键部件的时域与频域振动特征。对比实测数据，验证系统模型的真实可靠性。研究结果表明：动力学模型仿真结果与实测数据结果对比基本一致。受齿轮动态啮合刚度影响，系统固有频率有明显的波动。无随机干扰下，系统振动主要以齿轮啮合频率为主，随机干扰下，系统振动中有明显的共振现象且存在高频振动特征。运行速度增加后，系统振幅程增长趋势。研究成果可为关键部件的检测与维护提供理论研究基础。
2023 Vol. 42 (20): 188-195 [
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196
增压发动机全浮式活塞销敲击噪声研究
>李志波1,2，贺西平1，杨依3，刘强1
活塞销敲击噪声影响汽车的驾驶舒适性。基于弹性流体动压润滑理论建立了带全浮式活塞销的曲轴连杆活塞动力学模型，对不同负载、活塞销间隙、润滑油温度、润滑油槽与活塞销敲击噪声之间的关系进行了仿真计算。计算结果表明：随着负载的增大，敲击时刻和强度发生变化，当负载增大到75N•m，此敲击噪声消失；活塞销间隙由20um减小到10um，敲击强度减弱；润滑油温度对此敲击影响不明显；增加润滑油槽后，润滑油膜液动压力峰值由3.6MPa降低至1.9MPa，敲击强度显著减小，甚至消除了此噪声。实验测试与计算结果相吻合。本文的研究为控制活塞销敲击噪声提供了参考。
2023 Vol. 42 (20): 196-203 [
摘要
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204
Π型叠合梁斜拉桥建造全周期静风失稳模式及机理研究
>薛晓锋，吕盛昌，曹体锁，高广中
为了研究抵抗扭转刚度斜拉桥建造全周期的静风稳定特征，采用风洞试验获得施工、运营阶段±10°风攻角区间主梁静风三分力系数，结合有限元数值模拟方法，采用内外双层迭代算法同时计入斜拉桥几何非线性和风荷载非线性，对主跨跨径为480m的Π型钢混叠合梁斜拉桥进行了建造全周期非线性静风响应分析。追踪该桥各典型施工阶段主梁变位和拉索索力随风速的变化，以揭示低抗扭刚度斜拉桥建造运营全过程中的静风失稳模式及失稳机理。分析结果表明：随施工阶段发展，静风失稳模式多次变化；各工况下的静风失稳均是三向变位的复杂耦合行为，本桥扭转和竖向变位交替占主导地位；最大单悬臂阶段为各施工阶段中最不利的一个工况，其失稳风速仅为72m/s且结构响应较大。扭转为主导的失稳是由于拉索系统的应力降低而引起的结构破坏，而竖向变位为主的失稳是由结构较大变位引起的整体刚度的丧失引起。静风失稳的内在机理是结构在风载下的附加风攻角反作用于风荷载使升力和升力矩迅速变化，同时结构的非线性变形导致拉索系统应力降低和结构刚度降低使结构破坏。
2023 Vol. 42 (20): 204-213 [
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214
一种改进原型网络的小样本轴承故障诊断方法
>赵志宏1,2，张然2，刘克俭2，杨绍普1
原型网络小样本故障诊断中，由于故障样本少并且易受异常值的影响，导致所得类原型准确性不是很好。为了提高故障原型表示的准确性，本文提出一种改进原型网络的小样本故障诊断方法，通过引入辅助分类任务提取更具鲁棒性的特征，提高提取特征的区分能力。另外，利用查询集样本进一步优化类原型，提高类原型对故障轴承的表示能力。为验证所提方法的有效性，设置K取不同值，在滚动轴承数据集上进行C-way K-shot故障诊断实验。实验结果表明，改进原型网络所得类原型具有更好的区分性与准确性。在10-way 5-shot实验中，本文所提方法相较传统原型网络准确率提高了5.1%。
2023 Vol. 42 (20): 214-221 [
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222
轧件激励诱发CSP轧机振动问题研究
>张义方，何成，崔立，王才峄
为研究CSP(Compact Strip Production)轧机在轧制SPHC（Steel zhuanPlate shuHeat Commercial）钢种时出现的强烈振动行为，利用在线监测系统对轧机进行了工业现场实验研究，获得轧机在轧件厚度波动、咬钢冲击及压靠等工况下的信号特征，工业现场实验证实轧件对轧机动力学特性具有重要影响。通过建立轧件厚度波动影响下的轧制力数学模型获得轧制力波动特性，依据工况参数，利用ANSYS/LS-DYNA对轧机进行轧制过程仿真研究，求解获得轧制力波动特征，数值计算结果与轧制力模型理论分析结论相一致，在此基础上进一步探讨了由轧件厚度波动产生轧制力波动并激发轧机振动的机制。依据轧制速度与厚度耦合特性，在工业现场实施抑振实验，结果显示通过优化轧制工艺设定使得轧机振动频率分散、振幅大幅降低。研究方法和结论为同类振动问题提供参考。
2023 Vol. 42 (20): 222-229 [
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230
基于子带分解的宽带自适应波束形成算法改进
>郭乔鹤1,2,3,4，李秀坤1,2,3，李姝婷1,2,3，李妍4
该文针对在目标快速运动或者本船快速机动情况下，MVDR在少快拍下无法获得满秩和稳定的协方差矩阵的问题，提出一种基于子带分解的宽带自适应波束形成方法，该方法能够在单快拍数据条件下，获得满秩的协方差矩阵。相对于时域解析信号的MVDR算法，基于子带分解的宽带信号处理方式具有更小的相位误差，波束形成结果更精准。针对其在阵元失效情况下性能急剧下降的问题，对比分析了采用基于数据的协方差矩阵重构方法、对角加载方法、阵元隔离方法在阵元失效情况下的性能。仿真分析结果表明，基于数据的协方差矩阵重构方法，在阵元失效的情况下，具有相对较低的旁瓣高度。海试数据处理结果表明，改进的宽带自适应波束形成算法可在频域单次快拍数据条件下完成DOA估计，且具有较高的DOA估计精度、方位分辨能力和弱目标检测能力。
2023 Vol. 42 (20): 230-236 [
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237
方钢管柱与桁架梁十字形节点滞回试验研究
>刘建飞1，程欣1,2，雷宏刚1,2，安毅1,2
提出了一种基于柱座式的装配式方钢管柱-桁架梁连接节点，以实现现场高效率、高精度的层装配式钢结构建筑的建造。该节点主要由柱座、带法兰方钢管柱和桁架梁等组成，其中柱座与桁架梁在工厂完成焊接，现场通过高强度螺栓将柱座与上下柱完成装配。为了研究该新型节点的抗震性能，对三个足尺十字形方钢管柱-桁架梁连接试件进行了滞回加载试验，考察了各试件的破坏模态，评估了梁柱截面尺寸及轴压比对滞回曲线、极限承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：三个试件均表现出良好的抗震性能，各个试件的破坏均始于桁架梁弦杆或腹杆的局部屈曲，结束于桁架梁弦杆或腹杆的开裂；柱壁厚及桁架梁弦杆厚度对试件的承载能力和初始刚度均有显著影响，而轴压比对试件的抗震性能影响较小。加载过程中所有试件的柱座并未发生破坏、法兰板之间无明显滑移，且柱座与桁架梁之间的裂缝未出现撕裂现象，满足“强节点,弱构件”的抗震设计原则。
2023 Vol. 42 (20): 237-244 [
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245
基于ANCF的旋转超弹性厚壁REF振动特性分析
>范博1，王忠民2,3
为了探究子午线轮胎面内振动特性，本文建立了旋转超弹性厚壁REF模型。并在具有随动坐标系的绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation，ANCF)框架下，提出了平面内旋转环扇单元，对旋转超弹性厚壁REF模型进行离散。考虑到非线性本构关系和旋转运动中的广义惯性力，建立了该模型的非线性运动微分方程以及线性化运动微分方程。通过与现有文献中的实验结果进行对比，验证了上述模型的有效性，并分析了弹性基参数、环体厚度和旋转角速度对子午线轮胎固有特性的影响规律。
2023 Vol. 42 (20): 245-252 [
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253
面向工程应用的在线建模主动噪声控制方法改进
>鹿澳沣1，董宁娟2，陈逸笑2，薛青2，沈昊1，沈星1
通常在主动噪声控制系统中采取次级路径在线建模方式会带来更大计算量以及容易导致系统不稳定，使得该方法一直难以得到工程应用。针对此问题，论文提出面向工程应用的改进措施，具体包括在次级路径建模环节采取次级声源依序发声方式以消除次级路径相互耦合的影响，增强系统稳定性；在噪声控制环节采用多通道快速算法降低计算量，减少系统信号处理负荷。经Matlab进行仿真效果验证之后，基于NI-PXI平台开展主动噪声控制实验，结果表明，采用以上措施成功降低了计算量、改善了系统稳定性，取得了较好的降噪效果，各位置的平均降噪量能达13dB以上，关键频率处降噪量能达18dB以上，具备工程应用的可行性。
2023 Vol. 42 (20): 253-262 [
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263
强震作用下反倾薄层岩质斜坡倾倒破坏机制及动力响应研究
>龚逸非，姚爱军，谷坤生，李彦霖，田甜
反倾岩质边坡在三江并流地区具有广泛的发育和分布，其变形和破坏现象在该区域内所有边坡问题中，尤为突出，地震是诱发滑坡的重要动力因素，常常导致大规模的滑坡灾害。本文以金沙江左岸宗绒历史性堵江滑坡为例，设计并完成了缩尺相似材料振动台物理模型试验。通过加载不同类型的地震波以及不同频率、幅值，研究反倾薄层岩质斜坡的动力响应和变形破坏机制以及软弱破碎带的影响。试验结果表明：反倾岩质斜坡在强震作用下存在高程放大效应和趋表效应，幅值越大越明显。斜坡加速度放大系数增长速率受频率的影响要高于幅值的影响，在不同幅值下，加速度放大系数最大值出现在0.2g~0.3g。软弱破碎带的存在改变了斜坡动力响应特征，其厚度对地震波的放大效应存在明显的差异，为厚层段抑制，薄层段放大。幅值0.3g~0.4g为斜坡启裂的临界动力条件，0.7~0.8g是斜坡失稳破坏的临界动力条件，其破坏过程大致可以分为三个阶段：（1）形成坡顶张拉裂缝和坡趾剪切裂缝；（2）裂缝的扩展和浅层块体的剪切破坏滑动-块状倾倒；（3）斜坡浅层的主滑面的形成，斜坡破坏。
2023 Vol. 42 (20): 263-274 [
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275
易损件在连续跌落冲击载荷作用下的动力学响应
>伍瑾1，卢富德1，王彪1，滑广军1，高德2
产品在运输途中常发生多次跌落的情况，为研究具有易损件的产品在连续跌落冲击载荷作用下的动力学响应，基于发泡聚乙烯(expanded polyethylene, EPE)在加载-卸载循环条件下的本构关系，对易损件-产品-泡沫缓冲系统进行了动力学分析。基于发泡聚乙烯在加载-卸载循环条件下的本构关系，建立了具有易损件的产品包装动力学模型；对比了在连续多次冲击下系统的加速度响应，分析了多次冲击对EPE缓冲性能造成的影响；对比了不同频率下的系统冲击谱，研究了多次冲击下易损件加速度与频率的关系。研究结果表明：EPE缓冲材料在多次冲击下缓冲性能明显降低；系统在特定频率下会发生共振，导致易损件响应增大，这个特定频率会随着跌落次数的增多而增大。算例表明：在进行缓冲设计时，结合不同厚度的EPE缓冲衬垫在多次连续冲击下的易损件加速度-衬垫面积关系曲线，根据给定条件可以确定更合适的衬垫尺寸，可以防止过度包装。
2023 Vol. 42 (20): 275-279 [
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280
非均布约束刚度下硬涂层圆柱壳自由振动的半解析建模及分析
>杨建，张月，宋华
为有效模拟圆柱壳服役过程的螺栓连接失谐情况，本文提出了一种周向离散非均布弹性约束模型。在此基础上，利用Rayleigh-Ritz法建立非均布约束刚度下硬涂层圆柱壳自由振动半解析模型。以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层材料的薄壁圆柱壳为例，通过理论与实验和有限元结果对比验证了该模型的合理性。同时，进一步探讨了螺栓连接失谐对硬涂层圆柱壳复合结构振动特性的作用规律。结果表明，在不同螺栓数量下，随着约束刚度失谐参数的增加，结构固有频率整体呈现逐渐增加的变化趋势其变化速率逐渐减小。随着螺栓数量的增加，约束刚度失谐参数对硬涂层圆柱壳复合结构固有频率的显著影响整体上逐渐由低周向波数转向高周向波数。
2023 Vol. 42 (20): 280-285 [
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286
稀疏度自适应匹配追踪的欠采样BTT信号重构方法
>张继旺1，唐雨2，丁克勤1，张旭1，陈光1
为了解决叶尖定时技术所测量信号严重的欠采样问题，引入了稀疏重构算法，基于叶尖定时技术采样原理构建了用于信号重构的测量矩阵，并利用稀疏度匹配追踪原则对传统稀疏重构算法需要预先确定稀疏度的前提条件进行了改进，克服了传统稀疏重构算法的不适用问题。利用改进算法只需少量的欠采样数据就可以重构出完整的旋转叶片振动信号，即所重构出的信号能够满足采样定理的要求。最后为了验证该方法的可行性和准确性，采用数值建模与实验测试进行了对比分析，结果显示所提方法所重构的信号与仿真建模信号的频率成分误差小于0.15%，表明该方法具有良好的重构效果。
2023 Vol. 42 (20): 286-292 [
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293
考虑齿轮啮合的某舰炮随动系统动力学特性分析研究
>陈宇1, 2，谢明亮1，景旭文1，邹晓峰2，刘金锋1，闫德俊2
为研究齿轮间接触碰撞及啮合间隙等对舰炮随动系统性能及振动特性的影响，建立了考虑齿轮啮合、随动系统等多非线性因素的舰炮机电液耦合动力学模型。其中，基于改进的Lankarani-Nikravesh接触算法及齿轮间时变啮合刚度计算方法，建立了考虑时变啮合刚度的齿轮传动多体接触动力学模型。数值计算结果表明：随动系统中齿轮啮合会使舰炮的振动频率变高，降低随动系统的控制性能，但比例积分微分（proportional-integral-derivative,PID）控制器可在一定程度上抑制齿轮间接触非线性的不利影响。研究可为舰炮炮控性能的预测和优化提高提供参考。
2023 Vol. 42 (20): 293-299 [
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300
基于改进Jaya算法和组合相关函数的结构损伤识别
>张广才，赵文龙，万春风
针对Jaya算法计算精度差、收敛速度慢、易陷入局部最优而提前收敛等问题，为提高算法的性能，引入Hammersley序列初始化、Lévy飞行搜索、经验学习策略得到改进Jaya算法。计算加速度响应互相关函数的所有组合，得到组合相关函数，在此基础上提出基于改进Jaya算法和组合相关函数的结构损伤识别方法。利用随机激励下多自由度体系模型验证该识别方法的有效性，并讨论不同的优化算法、噪声等级、采样频率、采样时间、数据点数、传感器数量、模型误差等因素对识别结果的影响。研究结果表明，与遗传算法和Jaya算法相比，改进Jaya算法可以更好平衡全局搜索和局部搜索，加快收敛速度，提高识别精度；改进Jaya算法和组合相关函数的损伤识别方法在20%噪声下仍然可以准确识别结构刚度损伤位置和程度。
2023 Vol. 42 (20): 300-308 [
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309
单钢板混凝土组合板冲击响应的数值模拟及计算方法
>赵唯以，庞庆宏
采用LS-DYNA建立了冲击作用下单钢板混凝土组合板（Half-SC板）的有限元模型，根据现有试验结果验证了模型的准确性，并进一步分析了冲击物质量、冲击速度和钢板厚度对Half-SC板位移响应的影响规律。在此基础上，推导了Half-SC板的抗力和刚度计算式，提出了Half-SC板的抗力函数，并建立了计算Half-SC板位移响应的等效单自由度模型。研究结果表明：Half-SC板在冲击作用下的破坏过程可分为弹性受力阶段，混凝土冲切开裂阶段，水平钢筋断裂阶段；冲击速度对Half-SC板位移响应的影响最大，冲击物质量次之，钢板厚度的影响最小；所提出的等效单自由度模型能够很好地预测Half-SC板的位移时程。
2023 Vol. 42 (20): 309-318 [
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319
基于实船测量的船舶结构冰激振动特性研究
>何帅康1，陈晓东1，崔洪宇1,2，季顺迎1
冰区航行的船舶结构在冰载荷作用下产生明显的振动现象，明确冰激振动特性对冰级船舶的结构设计与冰区航行安全评估具有重要意义。为研究船舶的冰激振动特性，在我国第八次北极科学考察中对“雪龙”号科考船的结构振动开展了系统的实船测量。由于冰船作用区域主要位于船体艏部，本文采用三向加速度传感器对艏尖舱区域的振动响应进行了测量。为研究海冰类型对结构振动的影响，通过视频摄像机对航线冰情进行了观测，并对比分析了开阔水域、碎冰区、平整冰区、冰脊区中船体的振动响应特性。采用ISO6954规范对“雪龙”号科考船进行了冰激振动评价，并对实船振动频率和幅值进行了统计学分析。结果表明，冰激振动的幅值介于有害振动和无害振动之间，其中沿船长方向的振动幅值最小，而沿船宽方向的振动幅值最大，船体的振动幅值服从广义极值分布。此外，海冰的附加质量影响了船体冰激振动频率，冰激振动的幅值均随航速和冰厚的增加而增大。
2023 Vol. 42 (20): 319-326 [
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