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2023年 42卷 24期刊出日期：2023-12-28



论文

论文

	1	大跨悬索桥时域颤振有限元精细化分析
		>吴长青 1，张志田 2，王林凯 3，罗华 1
		为了准确揭示大跨悬索桥的颤振稳定性能，采用了平均风荷载与气动自激力一体化的气动力模型，并基于ANSYS有限元软件实现了桥梁的时域颤振分析，评估了平均风荷载、几何非线性以及时域计算采取的时间步长对桥梁颤振及后颤振性能的影响。基于上述研究思路，针对某大跨悬索桥的节段模型与全桥模型分别进行了颤振时域分析。数值结果表明：平均风效应会对桥梁的颤振稳定性能产生显著的影响，忽略平均升力与升力矩将会高估桥梁的颤振稳定性能；平均阻力促使结构运动的振幅在起始的一段时间内有所增大，但最终逐渐衰减至零；时域计算设置的时间步长不宜偏大，较大的时间步长将使桥梁的颤振临界风速明显偏大；几何非线性效应对桥梁颤振临界风速的影响甚微，但会显著影响桥梁颤振后结构的运动状态，即考虑非线性效应后桥梁的颤振最终演变成限幅的软颤振。
		2023 Vol. 42 (24): 1-7 [摘要] ( 387 ) HTML (1 KB) PDF (1869 KB) ( 264 )

	8	隧道周边孔毫秒延时爆破围岩损伤数值分析研究
		>刘翔宇，龚敏，杨仁树，吴晓东，王思杰，陈小磊
		隧道爆破开挖引起的围岩损伤对隧道的安全施工和支护成本有重要影响，为研究隧道周边孔毫秒延时爆破对围岩损伤的影响，以重庆北大道隧道为研究背景，通过Hypermesh建立隧道34个周边孔三维数值计算模型，利用Ls-Dyna计算得到不同爆破参数的围岩损伤，分析研究爆破损伤与孔间延时、药量和围岩岩性的关系规律。结果表明，孔间延时的取值对损伤范围有较大影响，孔间延时在一定范围内，损伤范围随着延时的增大而减小，当孔间延时继续增大时损伤范围趋于稳定值。损伤范围随着药量的增大而增大，当孔间延时增大时，不同药量的损伤范围差值逐渐减小。花岗岩的周边孔爆破损伤范围小于砂岩，不同延时下花岗岩周边孔爆破损伤范围变化较小，而砂岩的损伤范围变化较大。根据数值计算结果确定了现场周边孔爆破参数，隧道轮廓成型平整，较好的控制了爆破围岩损伤。
		2023 Vol. 42 (24): 8-15 [摘要] ( 196 ) HTML (1 KB) PDF (2055 KB) ( 196 )

	16	波浪-地震联合作用下高速铁路跨海斜拉桥车桥耦合振动研究
		>雷虎军1，林镇荣1，温家生2，邱官发2，陈希茂2
		高速铁路跨海桥梁会受到长期波浪力的作用，当地震偶然发生时还会受到地震和地震附加动水压力的作用，需研究波浪-地震联合作用的影响。基于线性波浪理论和Morsion方程模拟波浪力，采用附加质量法模拟地震附加动水压力，建立了波浪-地震联合作用下的列车-轨道-桥梁耦合振动模型。在此基础上，以某主跨400米的跨海斜拉桥为例，根据桥址处的波浪参数和地震动参数，系统研究了波浪-地震联合作用下跨海斜拉桥的车桥耦合振动问题。研究结果表明：对于高速铁路跨海斜拉桥，考虑地震附加动水压力会显著增大斜拉桥主梁跨中的横向动力响应及桥上列车的行车安全性指标；考虑波浪-地震联合作用时，桥梁的横向动力响应及列车的行车安全性指标均随波浪重现期的增大而增大；对于本文算例，单独地震作用下的安全车速阈值为250km/h，而一般波浪-地震联合作用和极端波浪-地震联合作用下在计算范围内无安全车速。本文的研究成果可为高速铁路跨海斜拉桥的设计提供技术支撑。
		2023 Vol. 42 (24): 16-23 [摘要] ( 122 ) HTML (1 KB) PDF (1690 KB) ( 170 )

	24	双轴惯性直线振动机械滚动轴承单一局部损伤故障诊断
		>郭宝良1，赵玉秀2，史丽晨1，李玲1，段志善1
		针对双轴惯性直线振动机械滚动轴承单一局部损伤故障判别问题，通过分析滚动轴承运行状态和载荷分布，建立基于Hertz接触理论的内、外环局部损伤故障的冲击振动模型并进行仿真和实验验证。研究结果表明，双轴惯性直线振动机械滚动轴承载荷分布区在振动方向近180°范围内随轴的旋转而周期性变化，使内、外环局部损伤故障的冲击响应的时域幅值存在显著的调制现象，其包络谱图中故障特征频率的边频和调制频率显著。外环故障与单轴惯性振动机械、内环故障与旋转机械的包络谱有很大的相似性，但轴承的受力和设备工作原理的不同导致时域波形和故障机理却有本质区别。为有效诊断振动机械滚动轴承故障提供了理论依据。
		2023 Vol. 42 (24): 24-31 [摘要] ( 105 ) HTML (1 KB) PDF (2042 KB) ( 83 )

	32	偏心隔震结构扭转效应机理分析及关键参数限值研究
		>张佳雨1，祁皑1,2，杨绵越1
		相较于传统抗震结构，隔震结构更易通过调整隔震支座布置方案，控制关键参数在合理范围内，减少上部结构偏心带来的不利影响。为此，从偏心隔震结构扭转效应机理角度，分析了在不同取值范围内，隔震结构转侧频率比、隔震层偏心率对扭转效应的影响规律和影响程度。研究结果表明：转侧频率比越小，扭转反应越明显，且此时较小的隔震层偏心率就会使得隔震结构扭转加剧；当转侧频率比大于1.2后，其影响逐渐减弱；隔震层的偏心率与扭转响应接近正相关。然后，以支座位移不超过容许值为限制条件，推导出距离质心最远处支座在有无偏心时的位移比值显式。分析结果表明，存在一个最大隔震周期使该比值取得极小值。据此，可推导出不同转侧频率比时隔震层偏心率的限值，在该限值范围内偏心隔震结构的扭转可得到有效控制，为设计人员在进行隔震结构抗扭设计时提供参考。
		2023 Vol. 42 (24): 32-41 [摘要] ( 117 ) HTML (1 KB) PDF (1664 KB) ( 324 )

	42	柔性轮对作用下浮轨式扣件轨道动力特性分析
		>姚学东，李伟，周志军，温泽峰
		浮轨式扣件是一种高等减振扣件，在我国地铁线路服役后出现钢轨短波长波磨，导致显著的车内振动噪声。为探明浮轨式扣件轨道动力特性，利用有限元软件ABAQUS建立浮轨式扣件轨道结构三维实体有限元模型，采用模态分析和谐响应分析研究柔性轮对作用下的轨道动力特征。结果表明：周期性离散支撑轨道的简化截断边界引起的高频振动波反射效应对轨道动力特性影响明显，浮轨式扣件轨道模型长度涵盖大于80个承轨台间距后可忽略边界波反射的影响；轨道结构在80 Hz以下主要表现为钢轨和道床板整体的弯曲和扭转振动，大于80 Hz的轨道振动表现为钢轨相对道床板的弯曲和道床板自身的弯曲及扭转振动；轨道垂向动力特性在500 Hz以内受单个轮对作用的接触刚度和质量效应影响显著，而在钢轨一阶垂向pinned-pinned共振频率之后受柔性轮对与接触刚度的耦合作用影响甚微；考虑双轮对加载后，转向架双轮对间钢轨会出现局部弯曲振动特征；轨道垂向动力特性在车轮一阶弯曲、车轮二阶弯曲和车轮伞向模态影响下出现谐波峰值。
		2023 Vol. 42 (24): 42-50 [摘要] ( 127 ) HTML (1 KB) PDF (2944 KB) ( 59 )

	51	捣固稳定作业次数对新建铁路道床振动传递特性的影响
		>张智海1,2，肖宏1,2，王阳1,2，迟义浩1,2
		新建铁路在开通运营前需进行多次捣固稳定作业以确保线路达到正常运营要求。但目前现场大机捣固稳定组合作业次数多以长期累积的实践经验为主，缺乏科学的理论依据。本文为研究DWL-48捣稳组合作业车对新建铁路道床动力特性的影响，开展了捣固稳定作业现场锤击试验，从时频域角度细致分析了不同捣固稳定作业条件下道床的振动传递特性。研究结果表明：随着捣固次数的增大，道床纵向振动衰减率R13（轨枕1传递至轨枕3）逐渐增大，而道床纵向振动衰减率R12（轨枕1传递至轨枕2）呈先减小后增大的变化趋势，且在第二次捣固作业时道床纵向振动衰减率出现最小值30.73%；捣固作业次数主要改变了离激振源最近轨枕的第一共振频率。随着捣固稳定作业次数的增加，离激振源最近轨枕的第一共振频率呈先增大后减小再增大的变化趋势，在第二次捣固稳定作业后，第一共振频率出现极小值118.125Hz。同一起道量条件下，仅考虑道床振动传递特性，建议新建铁路在进行多次捣固作业时应该将捣固次数控制在2次；综合考虑捣固稳定作业次数对道床纵向振动传递特性的影响，建议新建铁路应该进行2次捣固稳定作业较为合理。
		2023 Vol. 42 (24): 51-58 [摘要] ( 77 ) HTML (1 KB) PDF (2699 KB) ( 66 )

	59	圆角方柱气动特性的风洞试验研究
		>杨群1, 2, 3，于畅3，于文文3，刘小兵1, 2, 3
		通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方柱和圆角率分别为0.1、0.2、0.3和0.4的圆角方柱在12万雷诺数及0°~45°风向角范围内的表面风压，进而分析了风向角以及圆角率对模型气动特性的影响规律。结果表明：随着风向角的增大，圆角方柱的平均阻力系数均先减小后增大，最后趋于平稳，平均升力系数则先增大后减小，最后趋于稳定，圆角方柱平均升/阻力系数取得最大(或最小)值的风向角小于标准方柱，其中，圆角率为0.1的圆角方柱在7.5°附近，圆角率为0.2、0.3、和0.4的圆角方柱则在5°附近；当风向角小于10°时，圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大先减小后增大且远小于标准方柱，当风向角大于10°时，圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大变化较小且略大于标准方柱；圆角方柱的斯托罗哈数随风向角的增大均呈现出先增大后减小的趋势，最大值随圆角率的增大逐渐增大。
		2023 Vol. 42 (24): 59-68 [摘要] ( 135 ) HTML (1 KB) PDF (2913 KB) ( 126 )

	69	单双柱式桥墩横桥向抗震性能对比分析
		>董慧慧，刘涛，韩强，杜修力
		为对比分析单双柱式桥墩横桥向的抗震性能，首先明确了两者的主要差异为墩柱边界约束条件不同以及有无动轴力，然后根据简化计算方法推算出了单双柱式桥墩的弹性阶段性能参数的关系，最后基于有限元模型探讨了动轴力对双柱式桥墩单根墩柱滞回曲线的影响，并对比分析了单双柱式桥墩（双柱式桥墩有效高度为单柱式桥墩2倍）的滞回性能参数以及塑性铰区。结果表明：动轴力的存在使双柱式桥墩中单根墩柱的滞回曲线表现出不对称性，而动轴力对两根墩柱滞回曲线的影响互为消长，致使双柱式桥墩横桥向整体的滞回曲线呈现出对称性；单双柱式桥墩的弹性阶段性能参数关系可通过理论进行推算，在塑性阶段，单双柱式桥墩的滞回性能参数之间成比例关系；然而，单双柱式桥墩的塑性铰区长度以及屈服后截面曲率均存在较大差异。
		2023 Vol. 42 (24): 69-80 [摘要] ( 141 ) HTML (1 KB) PDF (4009 KB) ( 153 )

	81	基于KPCA-LSTM的旋转机械剩余使用寿命预测
		>曹现刚1，2，叶煜1，2，赵友军1，段雍1，2，杨鑫1，2
		旋转机械的剩余使用寿命预测(Remaining Useful Life, RUL)对工业设备预测和健康管理的具有重要意义。本文针对多传感器冗余数据导致旋转机械退化信息提取困难、剩余使用寿命预测效果差的问题，提出了一种基于核主成分分析-长短期记忆网络(Kernel Principal Component Analysis-Long Short Term Memory ,KPCA-LSTM)的方法对旋转机械剩余使用寿命预测。首先，分析旋转机械的多维退化数据，选择可以表征旋转机械退化的数据；其次，对退化数据进行核主成分分析 (kernel principal components analysis, KPCA)融合及特征提取，将降维融合的特征作为预测模型的输入；然后构建旋转机械的健康指标，并通过多阶微分划分旋转机械的不同健康状态，建立KPCA-LSTM模型对旋转机械的剩余使用寿命进行预测；最后，通过实验室搭建的矿用减速器平台上进行了实验验证。实验结果表明：本文所提方法与LSTM、粒子群优化LSTM的方法比较，该方法预测效果优于其他两种模型，并降低模型训练的复杂性，减少预测用时。
		2023 Vol. 42 (24): 81-91 [摘要] ( 141 ) HTML (1 KB) PDF (2186 KB) ( 121 )

	92	基于博弈K均值聚类的模态参数自动识别算法
		>郭鹏1，李东升1,郭鑫2
		为提高基于随机子空间法（Stochastic subspace identification, SSI）模态参数识别的自动化程度，提出了基于博弈K均值聚类（Game-based k-means, GBK）的两阶段模态参数自动识别算法。首先，对采集到的数据通过SSI识别出大量待分析的极点并根据所提出的硬性指标对虚假模态进行初步剔除；其次，将前后两阶模态的多类型偏差指标构造成特征矩阵进行GBK聚类，进一步将剩余虚假模态进行剔除；之后，将提取的结构模态进行层次聚类得到各阶模态；随后将提出的方法通过六自由度质量-弹簧结构数值模型进行验证，最后，将此算法应用于某大跨悬索桥的实际监测数据中进行模态参数自动识别，进一步验证了该方法在实际工程中对采集到的海量数据进行自动化识别的可行性和适用性。
		2023 Vol. 42 (24): 92-100 [摘要] ( 96 ) HTML (1 KB) PDF (1795 KB) ( 127 )

	101	主动约束层阻尼薄板有限元建模及振动控制
		>黄志诚1，彭焕有1，王兴国1，褚福磊2
		为了解决薄板结构在应用于各个工程领域所产生的振动过大问题，以主动约束层阻尼（ACLD）薄板结构作为研究对象，进行振动控制研究。首先，构造4节点28自由度单元对该结构进行离散，其中粘弹性层采用复常数剪切模量本构模型，引入等效Rayleigh阻尼表示基层的阻尼，通过Hamilton原理推出了ACLD薄板结构的动力学模型；其次，针对建立的动力学模型自由度过大的问题，采用物理空间下动力缩聚和状态空间内平衡联合降阶保证模型具有良好可控性和可观性；最后使用最优二次型（LQR）控制对系统进行振动控制。研究结果表明：本文建立的有限元模型在不同边界条件、覆盖方式不同情况下仍然具有有效性，使用联合降阶法后模型依旧能够准确、可靠的表述原系统动态特性。在脉冲激励和带限白噪声下依旧能够抑制系统振动。
		2023 Vol. 42 (24): 101-108 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB) PDF (1503 KB) ( 82 )

	109	变电站支柱类设备减隔震设计方法
		>石高扬谢强刘匀赖炜煌
		减隔震设计是降低支柱类设备地震易损性的有效手段。本文建立了带有减隔震支座的支柱类设备分布参数体系理论模型，通过地震模拟振动台试验验证其有效性，对不同电压等级的支柱类设备进行减隔震参数分析，归纳减隔震的通用设计方法。结果表明：不同隔震支座的转动刚度下，特高压支柱类设备的应力响应先随着阻尼系数的增加而降低，最终趋于平稳；不同隔震支座的阻尼系数下，超高压及以下电压等级支柱类设备的应力响应随着转动刚度的增加而近似呈现出近似线性增加的趋势，且曲线斜率随着阻尼的增加而降低；增加阻尼会小幅度的降低隔震支座滞回曲线的等效刚度。支柱类设备减隔震设计方法应根据不同的电压等级采用不同的设计流程，超高压及以下电压等级的支柱类设备应先调整隔震支座的转动刚度，特高压设备则需要首先选择合适的阻尼参数。基于分布参数体系理论模型可以对支柱类设备的地震响应进行快速分析和减隔震设计提出指导。
		2023 Vol. 42 (24): 109-116 [摘要] ( 110 ) HTML (1 KB) PDF (2226 KB) ( 77 )

	117	基于类别域自适应的滚动轴承故障诊断
		>张英杰，张彩华，陆碧良，丁晨，李蒲德
		滚动轴承作为旋转机械的关键部件，在风电机组中故障频发严重制约了发电效率。而传统的滚动轴承故障诊断方法要求训练数据和测试数据服从同一分布，导致其泛化能力不足，并不能有效解决实际工业中的无标签跨域故障诊断问题。为此，提出了一种基于类别域自适应的轴承故障诊断方法，利用有标签的源域数据完成对无标签目标域的故障分类，该方法采用一维卷积神经网络作为特征提取器提取原始振动信号的深度特征，并依据源域故障类别设计了一组锚定器以缩小域间同类故障间距并扩大异类故障间距。并且两个轴承故障数据集上的对比实验结果表明所提方法的有效性，实现了高精度的跨域轴承故障诊断的目标，可以作为跨域诊断故障的有效工具。
		2023 Vol. 42 (24): 117-126 [摘要] ( 148 ) HTML (1 KB) PDF (2692 KB) ( 31 )

	127	MPA-MMD方法在变转速齿轮箱振动信号特征提取中的应用
		>张亢 1，麻云娇 1，袁志文 1，陈向民 1，田泽宇 2
		变转速工况下齿轮箱振动信号的分量通常具有时频重叠和跨频带特征，分量直接分离非常困难。对此，本文引入了一种新的多通道多分量分解(multichannel multicomponent decomposition,MMD)方法，并利用新型群体智能优化算法——海洋捕食者算法(marine predators algorithm,MPA)求解MMD方法中的关键优化问题，进而提出了基于MPA优化的MMD(MPA-MMD)方法。MPA-MMD方法将每一个分量表示为一组加权特征向量的线性组合，因为不依赖时间尺度特征，所以特别适合分解具有时频重叠或跨频带特征的复杂信号。通过设置具有分量重叠、跨频带和波动性特征的加噪仿真信号，将MPA-MMD与基于其他优化算法的MMD，以及多通道变分模态分解(MVMD)进行了对比分析，结果表明了MPA-MMD在分解效果，以及收敛性和抑噪性方面的优势。在此基础上，针对变转速工况下齿轮箱振动信号具有分量重叠和跨频带的复杂特征，将MPA-MMD应用于变转速工况下齿轮箱振动信号的特征提取，具有针对性的实验信号分析结果表明，MPA-MMD可以直接准确地获得受转速影响的故障分量。
		2023 Vol. 42 (24): 127-135 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB) PDF (2234 KB) ( 119 )

	136	基于声频阈值估计的混凝土空洞快速识别方法研究
		>赵维刚1,鞠景会2,田秀淑3,杨勇1,程泉森4
		传统的声振技术在实际工程应用中普遍存在识别参数模糊、操作过程复杂等诸多问题，针对该问题本文提出了基于声频阈值估计的混凝土空洞快速识别方法。使用comsol软件建立声固耦合有限元模型，对多种工况的空洞模型进行了数值模拟，得到了声压、频率等相关参数的变化规律，提出了基于空气耦合冲击回波法的混凝土空洞识别参数，并结合物理模型试验进一步进行探索验证。研究表明，相比于空洞深度，空洞宽度对声波基频的影响显著提高，当空洞宽度C＞0.35m时，一阶模态成为主导模态，声波基频随空洞宽度增加而减小，变化比较明显。基于空气耦合技术的检测方法可以有效识别宽度大于0.35m的空洞病害，利用本研究中的识别参数可以对混凝土结构中深度0.4m以内的空洞情况进行快速有效的识别。该研究成果将有利于隧道、桥梁等混凝土结构的损伤检测与状态评估。
		2023 Vol. 42 (24): 136-142 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB) PDF (2583 KB) ( 95 )

	143	轨道交通桥梁低矮弧形声屏障降噪性能研究
		>宋立忠1,2, 3，高亏1，冯青松2,,刘全民3，罗信伟4，李小珍5
		以某城市轨道交通高架低矮弧形声屏障作为研究对象，分别选取有、无声屏障断面，开展列车通过时的噪声测试；基于有限元法、边界元法和统计能量分析法，建立轨道交通高架综合噪声预测模型并进行了试验验证。基于测试结果和预测结果，研究了城市轨道交通高架噪声的空间分布规律，分析了低矮弧形声屏障的降噪特性，探讨了低矮弧形声屏障对梁侧噪声分布的影响。研究结果表明：无声屏障断面的情况下，轨面以下测点主要受低频桥梁结构噪声的影响，噪声随距离的衰减速度较慢，距离每增大1倍，噪声衰减约2.44 dB(A)；轨面以上测点主要受高频轮轨噪声影响，噪声随距离的衰减速度较快，距离每增大1倍，噪声衰减约5.68 dB(A)；低矮弧形声屏障对中高频噪声具有较好的降噪效果，但增大了低频噪声，这可能是由于声屏障的二次结构噪声辐射所导致的；低矮弧形声屏障在距离线路中心线7.5 m、25 m处的插入损失分别约为5~8 dB(A)和2~6 dB(A)；低矮弧形声屏障在梁侧插入损失约为4~6 dB(A)，由于声屏障振动辐射二次结构噪声，桥梁跨中断面局部区域噪声增大。
		2023 Vol. 42 (24): 143-151 [摘要] ( 94 ) HTML (1 KB) PDF (4072 KB) ( 123 )

	152	基于AVMD-IMOMEDA的滚动轴承声信号复合故障特征分离提取
		>周文杰1,2，周俊1,2，柳小勤1,2，刘韬1,2
		针对滚动轴承声信号存在较强的背景噪声干扰，微弱故障特征信息难以有效提取等问题，并考虑到声信号非接触式测量的优势，本文提出一种参数自适应变分模式分解（AVMD）结合改进多点最优最小熵反褶积（improve multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted,IMOMEDA）的复合故障声学诊断方法。采用综合指标（CI）解决变分模式分解（variational mode decomposition，VMD）参数自适应选择问题，利用最大加权峭度（WK）识别最优分量并重构信号，增强与故障特征相关的脉冲特征信息。结合IMOMEDA方法从重构信号中分离提取周期性的脉冲信号，通过包络解调获取故障特征频率。仿真信号和实验信号验证了该方法的有效性。与传统VMD、MOMEDA、VMD-MCKD（maximum correlation kurtosis deconvolution）方法进行比较，凸显了本文方法的优越性。
		2023 Vol. 42 (24): 152-159 [摘要] ( 120 ) HTML (1 KB) PDF (2392 KB) ( 123 )

	160	非线性声流作用下并列双换热管流动传热特性研究
		>杨延锋1,2，杨洋1，刘亮1，辛凤1
		为研究强声波作用下时均非线性声流引起的流动传热问题，建立并列双换热管周围非线性声流耦合非均匀温度场的数值模型，采用雷诺应力法计算不同声频率(20~2000 Hz)和声压级(123.31~140.21 dB)下非线性声流对管束周围温度场和管壁换热系数的影响规律。结果表明，高强声形成的畸变性非线性声流效应对换热管束的传热过程具有显著调制作用。换热管平均努塞尔数随着声频率、声压级的增大分别呈指数形式减小、增大。管束间隙区域非线性声流旋涡对热量具有捕集效应，使间隙区域平均努塞尔数较小，且局部努塞尔数总是呈“U”型分布。与高频强声相比，20 Hz和140.21 dB的低频强声产生的非线性声流效应具有更显著的传热强化效果，平均努塞尔数比1000 Hz提高了2倍、比123.31 dB提高了2.37倍。
		2023 Vol. 42 (24): 160-168 [摘要] ( 86 ) HTML (1 KB) PDF (3025 KB) ( 57 )

	169	小半径曲线段钢轨打磨方案比选及动力特性研究
		>张斌1，2，汪龙洋1，2，杨宗超3，孙奇1，2，万文超4，汤金伟5
		小半径曲线段钢轨廓形质量对轮轨接触关系及钢轨使用寿命有着关键影响，为探究个性化打磨对小半径曲线段磨耗廓形的轮轨接触改善及钢轨使用寿命延长效果，选取沪昆普速铁路小半径曲线段两组磨耗钢轨进行打磨方案研究。基于现场实测数据及病害分析，与消除表面病害为目的修复性打磨方案作比较，对钢轨进行个性化打磨廓形设计。跟踪观测钢轨表面状态，结合GQI（grinding quality index）指数及轮轨接触分析，建立车辆-轨道动力学模型计算打磨方案对轮轨动力特性的影响，综合评价打磨效果。结果表明：修复性打磨仅对钢轨表面病害进行处理，并未实际改善轮轨关系，廓形保持能力不佳，后续动力学指标评价也无明显改善；相比之下，个性化打磨廓形保持能力更佳，GQI指数明显提升，轮轨关系改善显著，提高了车辆曲线通过能力；动力学方面，个性化打磨方案的轮轨横、纵向蠕滑率和磨耗指数分别降低60.45%、33.95%和24.13%，有效缓解了轮轨间的磨耗，延长了钢轨使用寿命与打磨周期；车体横向、垂向加速度和脱轨系数分别降低19.69%、30.74%和26.11%，列车运行平稳性得到良好改善，提高了列车运行安全性。由此可见，个性化打磨方案在清除小半径曲线段磨耗钢轨病害的基础上，延长了钢轨服役周期，同时提高了列车运行品质。
		2023 Vol. 42 (24): 169-174 [摘要] ( 76 ) HTML (1 KB) PDF (3007 KB) ( 94 )

	175	抽水蓄能电站球阀自激振系统参数辨识与特性研究
		>李佰霖1,2，方子铃1,2，贵树鑫3，王云峰3
		为了研究抽水蓄能电站球阀自激振动以维护设备正常运行，提出了球阀自激振动建模与分析框架。首先通过水锤波在压力管道中的传播特性和柔性阀门漏水特性基于特征线法建立了自激振动系统的综合仿真模型；其次基于粒子群优化算法(PSO)对不确定的模型参数进行优化，以提高监测数据与仿真结果的一致性；最后基于优化模型设计了4种对比方案对自激振动特性进行分析。结果表明：初始扰动越大，自激振动增长速度也就越快；当不同管道中的水锤波速一致时，不同管道长度组合对自激振动会产生较大影响；分叉管道的长度和直径分别影响自激振动的频率与增长速度；双柔性阀门系统会进一步增大自激振动的增长速度。
		2023 Vol. 42 (24): 175-184 [摘要] ( 109 ) HTML (1 KB) PDF (3433 KB) ( 147 )

	185	混合随机激励下的多机电力系统稳定性分析
		>段长宏1，李升1，马思想2
		针对电力系统中的随机扰动，在高斯型随机激励的基础上，增加泊松跳跃激励，进而建立更加精准的电力系统非线性随机模型，并利用带跳随机微分方程和非线性相关理论证明了多机电力系统在高斯与泊松混合激励下的均值、均方稳定性。给出了均值、均方的界与跳跃激励强度和随机激励强度及系统参数之间的关系，即在跳跃小激励强度与随机小激励强度下系统具有均值稳定与均方稳定，随着激励强度的增加，系统均值与均方的上界也相应增加，系统逐渐失稳。最后，对4机11节点系统，利用Heun数值算法进行模拟计算，对相同随机激励强度下不同的跳跃激励强度与相同跳跃激励强度下不同随机激励强度多机电力系统的功角响应轨迹进行分析，通过仿真结果与系统均值、均方的界来验证此结论的正确性。
		2023 Vol. 42 (24): 185-193 [摘要] ( 159 ) HTML (1 KB) PDF (2075 KB) ( 35 )

	194	基于神经网络的Z型管路多目标稳健优化设计
		>孙一冰，王晓伟
		目前，航空发动机管路系统的卡箍布局优化设计大多数为确定性优化，没有考虑卡箍刚度和人工装配误差等不确定因素，这些不确定因素的波动性可能会导致管路系统的输出响应与预计值有较大偏差，从而引起系统故障。为了在改善航空发动机管路系统振动性能的同时保证管路系统具有较强的可靠性与稳健性，本文以Z型管路为研究对象，提出一种以避开激振频率和降低振动频率分散度为目标的卡箍布局稳健优化设计方法。该方法首先采用壳单元和弹簧单元分别对管体和卡箍进行有限元建模；然后对设计参数进行拉丁超立方抽样，通过有限元模型计算样本的固有频率，并构造频率响应的高精度神经网络代理模型；最后采用蒙特卡罗模拟和改进型非支配遗传算法，展开了卡箍支撑位置的稳健优化设计。结果表明：该方法能在保证管路系统避开激振频率的设计要求基础上，有效地提高其动力学特性的稳健性。
		2023 Vol. 42 (24): 194-203 [摘要] ( 90 ) HTML (1 KB) PDF (2990 KB) ( 69 )

	204	沉管隧道基础灌砂过程监测及填充状态评价
		>徐子瑶，车爱兰，周晗旭，袁刚烈，韩兆龙
		沉管隧道的沉降主要由荷载、基础充填层等控制，基础充填层的填充状态直接影响沉管隧道的长期服役性能。由于基础充填层施工属于隐蔽工程，目前的砂量控制、压力监测、位移测量及施工后潜水探摸等间接测试方法，无法满足基础层填充效果评估的要求。利用弹性波响应强度与填充层映射关系，结合支持向量机算法，本文提出了基础灌砂充填状态评价模型。采用弹性波测试技术实时监测广州车陂路沉管隧道基础灌砂过程，对采集的弹性波数据进行时域、频域和时频域的分析，确定影响填充状态的弹性波特征参数。填充过程中灌砂层实时变化，各项特征参数均呈现动态波动的特征。根据砂盘形成机制将基础填充状态定义为砂盘形成、砂盘扩展两个状态，将灌砂总时间前30%采集的弹性波数据样本定义为未灌满状态，将砂盘扩展状态中与管节抬升、压力等监测结果一致的弹性波数据样本定义为灌满状态，开展支持向量机模型训练，模型查准率为87.5%。利用该模型对新修建的管节的砂盘扩散半径进行实时监测，结果表明随着灌砂的进行，砂盘扩展速度在进程前期快速衰减，后期趋于平稳且受到边界条件干涉的砂盘扩展速度比不受干涉的砂盘高23%。该管节工后沉降控制在2.5cm内，验证了模型的有效性。
		2023 Vol. 42 (24): 204-211 [摘要] ( 107 ) HTML (1 KB) PDF (2174 KB) ( 85 )

	212	斜裂缝梁的振动特性分析
		>霍瑞丽1，王坤1，张姗2
		基于弹性力学平面应力理论，采用Chebyshev-Ritz法分析斜裂缝梁的振动特性。首先将斜裂缝梁划分成3个子域，再通过坐标变换将划分后的梯形子域等效转换为矩形子域，分别建立各子域的振动特征方程，根据各子域界面交界处的位移连续性得到整个梁的振动特征方程，利用Chebyshev-Ritz法求得具有高收敛性的解，通过实际算例与有限元分析结果、文献试验及理论结果进行对比，验证了该理论方法的精确性；通过参数分析研究了斜裂缝的倾斜角度和位置对结构振动特性的影响。研究结果表明，斜裂缝倾斜角度的增大将导致梁自振频率变大，振型的变化也更明显，斜裂缝位于跨中时对振型影响较大。
		2023 Vol. 42 (24): 212-220 [摘要] ( 118 ) HTML (1 KB) PDF (1352 KB) ( 143 )

	221	基于VMD倒频变换的风电机组齿轮箱复合故障诊断
		>吴岚1，柳亦兵1，吴仕明1,2，任锦胜1,2，滕伟1
		风电机组齿轮箱结构复杂，零部件多，可能产生复合故障。同一旋转轴上的不同零部件（齿轮、轴承等）的故障信息往往具有相同的转频边带频率成分，分布在信号频谱的不同频带中，倒频谱对边带频率信息进行了压缩处理，不能识别此类复合故障。基于窄带倒谱变换的思想，本文将变分模态分解(variational modal decomposition，VMD)应用到振动信号的对数谱中，提出了一种基于变分模态分解（VMD）倒频变换的方法，实现了对这一复合故障的精细诊断。通过仿真信号和风电场实例信号的验证，相比于窄带倒谱变换，该方法在有效区分此类风电机组齿轮箱复合故障的基础上，改善了频域和倒频域的分辨率，拥有更高的诊断定位精度。
		2023 Vol. 42 (24): 221-227 [摘要] ( 112 ) HTML (1 KB) PDF (2835 KB) ( 92 )

	228	超磁致伸缩换能器磁路设计及振动性能测试
		>刘强1，秦慧斌2，贺西平1,王一凡1
		本文研制了一种超磁致伸缩换能器。为了改善磁路，提高换能器的振动性能，利用有限元方法对换能器进行仿真计算，重点研究了导磁块和导磁筒对换能器性能的影响，又仿真计算了换能器工作时的温升。对研制的换能器阻抗和振幅进行了测量。结果表明，随着导磁筒厚度的增加，Terfenol-D棒的磁场强度先增大后减小，磁场均匀度先减小后不变，输出振幅先增大后略有减小；随着导磁块厚度的增大，Terfenol-D棒的磁场强度和磁场均匀度增大，输出振幅也增大。与无导磁筒的换能器相比，有导磁筒的换能器的机电转换系数和输出振幅均较大，但工作相同时间后的温度较高。本文的研究提供一种对超磁致伸缩换能器的磁路结构进行设计优化，并提高其振动性能的仿真计算方法。
		2023 Vol. 42 (24): 228-236 [摘要] ( 80 ) HTML (1 KB) PDF (2485 KB) ( 40 )

	237	可压缩超弹橡胶隔震支座压剪大变形的双非线性理论和应用研究
		>杨静1 2，潘文1 2，苏何先1 2，王道航1 3，蔡正1 2
		受到钢板的高强度约束，橡胶隔震支座中橡胶不可压缩性假设并不符合实际，本文基于单层橡胶压、弯理论，采用解析法将橡胶材料的可压缩变量K引入其约束方程中，结合实际工程判断虚宗量贝塞尔函数的稳定性，求解本构方程，得到隔震支座压、弯状态下等效弹模Ec和等效抗弯刚度(EI)eff及内部各点应力p解析式，并比较分析考虑橡胶可压缩的必要性及橡胶材料参数K、G及支座几何形状系数S1对以上结果的影响。再将隔震支座等效为符合GAs、(EI)eff的均质体，基于Haringx压剪作用下隔震支座内力与变形的理论，开展与理论对应的足尺寸的隔震支座的压剪实验，结合实验，得出支座每个受力状态的G-、FH-的理论与实验曲线均吻合较好，解决了压剪状态下隔震支座大剪切变形的几何、材料双非线性问题。基于以上结论，得出压剪隔震支座内力和变形分布，及支座随着轴压增加，力与变形呈非线性增长的趋势，其附加倾覆弯矩M增加较大，应力随轴压的变化也较明显。最后，设计了由支座内部局部应力反演宏观力和变形的监测程序。
		2023 Vol. 42 (24): 237-248 [摘要] ( 86 ) HTML (1 KB) PDF (4347 KB) ( 66 )

	249	海上风力机防护装置布孔方式及性能研究
		>王瑀琎1，赵鑫磊1，岳新智1，李春1,2，岳敏楠1
		海上风力机存在受船舶碰撞的风险隐患，一旦发生将导致风力机损伤甚至倒塌事故，造成严重经济损失，因此有必要对其进行防护设计以提高安全性。为此采用显示动力分析软件LS-DYNA，通过对防护装置设置通孔，研究孔数及相对角度对防护性能的影响。结果表明：设孔防护装置可延长船舶与风力机接触时间，强化能量转化效果，降低船舶回弹能量；三孔防护装置吸能效果最优，单孔与双孔结构设孔角度分别取50°、60°范围内，其吸能效果均优于无孔防护装置；在船艏撞击范围内设孔，可为橡胶材料提供额外变形空间，增强防护装置抗撞能力；多孔防护装置孔间材料承担主要变形吸能作用，合适的孔间距有助于提高防护性能；孔间距较小的防护装置能吸收较多能量，但易导致材料压溃失效。
		2023 Vol. 42 (24): 249-256 [摘要] ( 72 ) HTML (1 KB) PDF (2354 KB) ( 142 )

	257	基于多源域异构模型迁移的滚动轴承故障诊断方法
		>王玉静 1，夏林 1，康守强 1，谢金宝2，王庆岩 1
		针对实际工业生产中不同规格和工况下滚动轴承振动数据分布差异大，多个相似数据集资源利用不充分，导致诊断模型准确率不高的问题，提出一种基于多源域异构模型迁移的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用短时傅里叶变换获取滚动轴承振动信号的时频谱图；选择多种不同规格和工况下已知标签数据作为多源域，其他规格和工况下少量已知标签数据作为目标域；使用多个源域数据训练多个ResNet-34深度网络，并提出利用基于进化策略的与模型无关元学习改进异构模型参数迁移策略，使其能够自适应决定迁移到目标域的知识层级及内容；提出将源域知识迁移到VGG-16深度网络得到多个目标域模型后，将其提取的特征首尾相接输入同一个极限学习机中实现特征融合和分类，最终建立滚动轴承故障诊断模型。经实验验证，所提方法可实现不同规格和工况下滚动轴承间的迁移诊断问题，并且具有较高的准确率。
		2023 Vol. 42 (24): 257-266 [摘要] ( 98 ) HTML (1 KB) PDF (2351 KB) ( 35 )

	267	中心修正投影结合IGWO-SVM的滚动轴承故障分类方法
		>刘运航 1，宋宇博 1，朱大鹏 2
		针对滚动轴承故障分类中全局信息损失和模态识别精度低的问题，提出一种中心修正投影算法（Center Modified Projection, CMP）结合改进的灰狼算法（Improved Grey Wolf Optimization, IGWO）优化支持向量机（Support Vector Machine, SVM）的滚动轴承故障分类方法。首先，融合样本高维空间全局分布信息和样本局部信息提出CMP降维算法，利用CMP的信息保留能力，实现轴承信号特征矩阵降维；其次借助钟形收敛曲线不同阶段下降速度的差异性特点以及前进式搜索和包围式搜索模式优化灰狼算法收敛性能，并利用改进后的灰狼算法实现SVM参数的自主寻优；最后采用优化后的SVM进行轴承故障分类识别。该方法充分结合了CMP的特征信息保留能力和SVM的小样本分类性能，有效减弱了特征冗余成分对诊断结果的影响。多组对比实验表明，本文所提方法能够能有效的去除冗余成分，较好的保留样本空间分布信息，具有较好的分类性能。
		2023 Vol. 42 (24): 267-275 [摘要] ( 81 ) HTML (1 KB) PDF (1571 KB) ( 60 )

	276	基于磁流变弹性体的定日镜动力吸振器设计与仿真研究
		>尹帅虎，马山刚，金福宝，李若冰, 粘晨辉
		光热发电站核心装置定日镜常受到风载荷的作用而发生振动，不仅造成了聚光效率的降低，还影响了发电站的稳定运行。针对定日镜风致振动的特性，设计了一款基于磁流变弹性体（智能材料）变刚度性能的动力吸振器。首先通过数学建模分析原理并对其进行结构设计，其次利用ANSYS软件对其磁路特性、热力学特性进行仿真，分别研究了吸振器的磁场强度、热量对其结构和磁流变弹性体的影响，最后通过动力学仿真验证动力吸振器对定日镜振动的吸收效果。结果表明此动力吸振器可以实时跟踪外界激励的变化，并能有效抑制定日镜的风致振动。
		2023 Vol. 42 (24): 276-281 [摘要] ( 77 ) HTML (1 KB) PDF (1332 KB) ( 69 )

	282	谱归一化CycleGAN的轴承故障迁移诊断研究
		>李洁松1,2，刘韬1,2，伍星2,3
		深度学习无需先验特征提取的优点使其受到了工业设备的智能故障诊断领域研究的青睐，但深度学习的低鲁棒性和较高的数据要求阻碍其实际应用。为适应在工业现场复杂多变的工况，本文提出了一种基于谱归一化(spectral normalization，SN)和循环一致对抗网络(cycle-consistent adversarial networks，CycleGAN)的SN_1DCycleGAN网络用于变工况条件下的故障数据迁移生成和诊断。首先，搭建一种适应振动数据生成的1DCycleGAN网络，用于获得同种工况下正常信号与故障信号的映射关系。使用谱归一化对网络进行改进，有效的防止CycleGAN网络训练过程中训练不稳定情况。其次，通过不同工况的正常数据生成自适应的故障数据，实现变工况迁移生成的目的。最后，三种评价指标以及分类器准确率对数据生成质量进行定量评估，并使用仿真与实验信号进行验证。实验结果表明，SN_1DCycleGAN在一维振动信号上具备一定迁移效果，可对变工况数据进行增强，提升分类器的准确率。
		2023 Vol. 42 (24): 282-289 [摘要] ( 80 ) HTML (1 KB) PDF (2045 KB) ( 78 )

	290	基于DEM-MFBD-CFD方法的冰雪飞溅击打应答器力学研究
		>迟义浩1,2，肖宏1,2，郄录朝3，张智海1,2，路锟4
		严寒地区冰雪飞溅问题对高速铁路运营安全性有直接影响，现场调研发现多处冰块脱落击打应答器的现象，而国内外对此研究尚未见文献报道。论文采用基于离散元-多柔性体动力学-计算流体力学（distinct element method-multi flexible body dynamics- computational fluid dynamics,DEM-MFBD-CFD）耦合分析方法，建立车厢底板结冰脱落击打应答器模型，并借助风洞和现场试验结果，验证了模型的可靠性。基于建立的分析模型研究了不同列车速度、风压变化、冰块质量等因素对应答器击打的受力影响。结果表明：应答器受到的最大应力随列车运行速度呈现幂函数增长关系，当行车速度增大到350 km/h时，最大应力达15.591 MPa，约为150 km/h时的3.5倍；且随冰块质量增加应答器最大应力呈现先迅速增加后缓慢增长趋势；当横风风速为5~20 m/s作用时，应答器表面所受到的最大应力相差不大，表明横风对冰雪击打应答器作用可忽略不计；为减小冰雪飞溅击打应答器危害，可采取除融雪手段、列车降速等措施。
		2023 Vol. 42 (24): 290-297 [摘要] ( 76 ) HTML (1 KB) PDF (1878 KB) ( 99 )

	298	支座激励下端部带水平减震装置悬索的动力分析
		>张鹏1，王国威2，卢文胜2，周祺1
		近年来工程中常将索网幕墙直接支承在两相邻结构上，然而地震作用下两相邻结构的相对位移可能会引起索网幕墙破坏，造成安全隐患。针对相邻结构间单向索采光顶，本文提出在悬索端部附加水平减震装置来减小悬索的地震响应。水平减震装置包括弹簧装置和阻尼装置，弹簧装置可以减少悬索的地震输入，而阻尼装置可为结构提供附加阻尼。建立了端部带减震装置悬索的动力模型，推导了频率及模态阻尼比的计算公式，分析了结构的阻尼特性，进行了支座激励下端部带减震装置悬索的动力试验，检验了减震效果。结果表明：悬索动力特征系数b2、刚度系数γk及阻尼系数ν是控制结构振动特性的3个无量纲关键参数，为了给悬索提供足够的附加阻尼，建议在工程上ν取值在0到150之间，γk取值在0到1之间。通过合理的设置减震装置参数，悬索的动索力和动位移可以减小30%以上。b2较小或支座激励远离悬索自振频率时可仅在索端部设置弹簧减震装置，b2较大且支座激励接近悬索自振频率时需设置弹簧阻尼减震装置。
		2023 Vol. 42 (24): 298-307 [摘要] ( 91 ) HTML (1 KB) PDF (2463 KB) ( 72 )

	308	弯剪耦合破坏T形截面RC剪力墙抗震性能试验研究
		>王斌 1,2，张黎鹏 2，吴梦臻 2，蔡文哲 1,3，史庆轩 1,2，李涵 2
		针对T形截面RC（reinforced concrete）剪力墙潜在的翼缘受拉方向受剪控制破坏和翼缘受压方向受弯控制破坏共存的现象，对2个弯剪耦合控制和1个受弯控制T形墙进行了拟静力试验，对比分析了T形墙的裂缝分布形态和破坏机理，考察了剪跨比和水平钢筋配筋率对T形墙抗震性能的影响。结果表明：弯剪耦合控制T形墙的破坏集中于腹板自由端，且破坏区域沿斜向贯穿整个边缘约束区；减少水平钢筋配筋率会加剧T形墙斜裂缝和竖向错动裂缝的开展，并导致形心轴附近产生“分缝”现象，以此抵消剪切效应增强引起的变形能力降低；减小剪跨比会大幅降低T形墙的延性和耗能能力降低，并导致剪切变形占比增大至50%。各国规范对于T形墙受剪承载力的计算存在明显差异和不足，为了实现“强剪弱弯”的抗震设计目标，安全起见应保证T形墙的受剪承载力至少高于受弯承载力15%。虽然弯剪耦合破坏T形墙在翼缘受拉方向的变形能力较差，但仍满足我国抗震规范关于罕遇地震下层间位移角限值的要求。
		2023 Vol. 42 (24): 308-316 [摘要] ( 71 ) HTML (1 KB) PDF (2689 KB) ( 166 )

	317	基于CCA和多通道循环维纳滤波的滚动轴承故障源分析
		>张伟涛1，张东江1，纪晓凡1，黄菊2
		针对低信噪比下循环维纳滤波方法在滚动轴承故障源分析中失效的问题，提出一种基于规范相关分析(canonical correlation analysis，CCA)的多通道循环维纳滤波轴承故障源分析方法。首先利用CCA准则结合轴承单一故障的特征频率，提出了故障特征盲提取的共轭梯度优化算法。然后将现有单通道循环维纳滤波器推广到多通道循环维纳滤波，并将CCA盲提取得到的故障特征信号作为多通道循环维纳滤波的期望信号，从而恢复故障源信号。最后通过包络谱分析实现故障源识别。提出的方法利用盲信号提取技术从实际观测信号中获得循环维纳滤波所需的期望信号，避免了期望信号的人工合成方法过分依赖轴承参数和信号采样参数的问题。此外，提出的方法在故障源信号恢复过程中充分利用了所有通道信息，克服了单通道循环维纳滤波方法故障源信号恢复效果对高信噪比的严苛要求。仿真和实验结果表明，提出的方法极大地提高了滚动轴承故障源分析的可靠性。
		2023 Vol. 42 (24): 317-325 [摘要] ( 75 ) HTML (1 KB) PDF (2061 KB) ( 109 )

	326	应用颗粒阻尼技术降低压力表及其测压细管振动的研究
		>马育1，滕汉东2
		针对原油管道上的压力表振动大、指针来回甩动，无法准确读出压力值的问题，本文运用颗粒阻尼技术开展了压力表及其下方细管的减振研究，探讨了阻尼颗粒的碰撞耗能机理，根据理论分析中碰撞耗能以及摩擦耗能的结果，选择了减振效果佳且具有防爆功能的铜质颗粒作为本研究的阻尼器颗粒，设计了可安装于直径15mm细管的阻尼器。经对比减振前后振动加速度，安装该颗粒阻尼器后的减振效果达到38%，取得了较好的减振效果。
		2023 Vol. 42 (24): 326-330 [摘要] ( 88 ) HTML (1 KB) PDF (1214 KB) ( 96 )

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