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文章快速检索     高级检索 2024年 43卷 2期 刊出日期：2024-01-28 论文        论文 1 基于不同高阶剪切变形理论的Pasternak地基上FG-CNTRC梁自由振动及屈曲无网格分析 >杨立军1，彭林欣2，陈卫3 功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite, FG-CNTRC)作为新一代先进复合材料，因其优越的力学性能而被研究者们广泛关注。本文以Pasternak地基上FG-CNTRC梁为研究对象，基于不同高阶剪切变形理论，将一种具有插值特性的无网格法—稳定移动克里金插值(stabilized moving kriging interpolation, SMKI)应用于求解Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动及屈曲问题。基于稳定移动克里金插值和不同高阶剪切变形理论给出FG-CNTRC梁的位移场，利用Hamilton原理和最小势能原理分别推导了Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动和屈曲控制方程。采用MATLAB编制了相关程序，将本文解与解析解或文献解对比，证明了本文方法在计算Pasternak地基上FG-CNTRC梁自由振动与屈曲的有效性及准确性。文末还讨论了不同高阶剪切变形理论、地基系数、碳纳米管体积分数等对其自振频率和屈曲临界荷载的影响。 2024 Vol. 43 (2): 1-11 [摘要] ( 293 ) HTML (1 KB)  PDF (1743 KB)  ( 184 ) 12 重载机车102型钩缓装置动态模拟方法与动力学性能研究 >张志超1,吕凯凯1, 储高峰1, 齐红瑞2, 汪方文1 本文结合试验数据提出了重载机车102型车钩缓冲装置受压动态响应的模拟方法，并研究了该机车及钩缓装置在双机重联牵引万吨列车编组下的动力学性能。首先基于102型钩缓装置结构特性与受压稳钩机理，采用加权离散方法将缓冲器简化为具有相同迟滞特性的多个阻抗力元，并引入剪切刚度来考虑其相互之间的剪切效应，提出了能够准确模拟钩肩止挡和缓冲器偏压特性的102型钩缓装置动力学建模方法；进而借助子结构方法搭建了“主控机车+重联机车+货车车辆+虚拟货列”的双机重联牵引万吨列车动力学模型，其中四节机车、货车车辆之间采用钩缓装置子结构连接；然后通过试验数据对比修正了钩缓装置模型中离散阻抗力元间的剪切刚度，并验证了所建列车动力学模型的正确性；最后计算分析了线路条件、结构参数、机车电制力等对系统动力学响应和运行安全性的影响规律。结果表明：重载机车在小半径曲线上施加大电制力容易引起异常增大的轮轴横向力，危及行车安全；随着车钩最大自由转角的增大，车钩偏转角和机车运行安全性指标均呈逐渐增大趋势；机车二系悬挂横向刚度增大有助于提高机车自身的受压稳定性和减小车钩偏转角，但过大横向刚度又会增大轮轨横向动态作用。 2024 Vol. 43 (2): 12-21 [摘要] ( 179 ) HTML (1 KB)  PDF (2894 KB)  ( 60 ) 22 非定常空化涡旋结构演化及压力波机制的研究 >王子豪1，孙铁志1，张桂勇1,2 压力波机制是空化流动机制的一种，压力波的产生和传播是空化不稳定的重要来源。本文基于可压缩流体求解器和分离涡模拟（DES）研究了三维水翼空化流动。结果表明：压力波是由先前脱落的云空泡溃灭产生的，其传播过程会导致片状空泡的收缩和水翼表面高压力脉冲。压力波的产生会强烈扰乱涡旋的运动，水翼表面上的稳定涡旋结构被卷起，并且被小尺度涡旋结构所替代。采用动力学模态分解方法分析流场特征，压力波效应和附着片状空泡的演变占据了流场的主要能量。 2024 Vol. 43 (2): 22-31 [摘要] ( 102 ) HTML (1 KB)  PDF (2493 KB)  ( 82 ) 32 基于信号响应分析模型的金属结构损伤导波检出概率 >王莉1,2，杨宇2，刘国强2，王霞光2，李嘉欣2，任一鹏2 飞机结构损伤导波在线监测技术作为一种新颖的无损检测手段，为了真正实现该技术在结构运营维护过程中的视情维护，必须明确其结构损伤检出概率，以指导结构检查维修方案的制定。本文提出了一种基于信号响应分析模型的结构损伤导波检出概率计算方法，该方法通过构建在线导波监测信号的损伤指数与裂纹长度间的对应关系，得到结构损伤检出概率的统计计算模型，并分析了拟合参数的不确定性对计算模型的影响，构建了不同置信度下的导波检出概率计算模型。通过开展金属开孔和搭接结构疲劳裂纹导波监测试验，验证了该方法的有效性。试验结果表明，损伤指数类型、对应关系拟合函数和传感器监测方案均对结构损伤导波检出概率具有影响，且在95%置信度90%检出概率下金属开孔和搭接结构的可检裂纹长度分别约为2.6 mm和9.5 mm。 2024 Vol. 43 (2): 32-41 [摘要] ( 153 ) HTML (1 KB)  PDF (2844 KB)  ( 270 ) 42 混流式喷水推进泵空化流动及其诱导振动特性的试验研究 >龚 波1,张正川1，尹俊连1, 许锐1，李宁2，王德忠1 为了研究喷水推进泵内非定常空化流动及其诱导的振动特征，搭建了高速摄像与数字信号同步测量平台。对不同空化程度下的泵内空化流动、压力脉动信号、振动信号进行了采集和分析。引入经验模态分解（Empirical modal decomposition, EMD）及希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang Transform, HHT）对振动信号进行了处理和分析。试验表明：喷水推进泵叶顶区出现了叶顶间隙空化（Tip Clearance Cavitation, TCC）和叶顶泄露涡空化（Tip Leakage Vortex Cavitation, TLV Cavitation）等空化现象；随着空化程度的加剧，叶顶区的空化结构先由丝状逐渐连接成薄片状，继而发展为云状；快速旋转的空化云会呈现出极不稳定状态，尾部发生脱落形成垂直空化涡（Perpendicular Cavitating Vortices, PCVs）；小尺度的垂直空化涡消散在流道中部；随着空化程度的进一步加剧，垂直空化涡尺度增大并向相邻叶片的压力面运动，造成喷水推进泵性能的下降。空化程度加剧对应的流动结构特征会导致压力脉动产生相应的变化，从而诱导振动的增加。经验模态分解和希尔伯特黄变换结果显示片状空化及大尺度云空泡溃灭时会诱导高频区的宽频振动增大；空化云尾缘的低频脱落会产生垂直空化涡，诱导低频的压力脉动和振动的快速增加。希尔伯特边际谱上高频幅值，叶频和轴频幅值的变化特征可在一定程度上用来反映泵内的流动状态。 2024 Vol. 43 (2): 42-51 [摘要] ( 109 ) HTML (1 KB)  PDF (2588 KB)  ( 38 ) 52 双对斜杆负刚度机制的恒值QZS隔振器研究 >赵峰1,2，霍亚奇1，陈鹿民1，杜文辽1，曹树谦2，冯桂珍3 针对隔振质量偏离静态平衡位置导致QZS隔振器动态刚度增大而影响低频隔振性能的问题，基于双对斜杆负刚度机制，构造了恒值QZS隔振器，推导了隔振器的力和刚度表达式，通过静态平衡点处刚度及刚度二阶导数等于零的QZS条件，研究了参数影响下的力和刚度特性，获得了非线性刚度、恒值QZS和零刚度的参数条件。根据静态分析，设计了恒值QZS实验模型，通过万能试验机测得实验模型的力位移曲线，与理论值具有较好的一致性。进而采用激光测振仪和振动台开展谐波激励的动态实验，获得了恒值QZS和线性刚度隔振器的位移响应及传递率。动态实验结果表明，恒值QZS隔振器的起始隔振频率小于1.5 Hz，且传递率整体小于线性隔振器的位移传递率，而线性隔振器的起始隔振频率为4.5 Hz。综上，提出的恒值QZS隔振器不仅能实现任意恒值的QZS，并且可采用杆、弹簧方便的获得所需的恒值QZS，具有优越的低频隔振性能。 2024 Vol. 43 (2): 52-59 [摘要] ( 159 ) HTML (1 KB)  PDF (1930 KB)  ( 96 ) 60 外源激励作用下火箭发动机输流管路振动特性研究 >苏勇1,何江2，张淼2，宫武旗1 液氧煤油火箭发动机中煤油输送管路除受到管内高压流体自激激励外，还受到外来压力脉动、发动机主体振动等外源激励，因此经常发生强烈振动，已严重威胁火箭发动机安全。本文建立了包含波纹管、多段弯管和其他附属结构的三维管路模型，采用双向流固耦合方法，对输送管路的振动特性进行研究。研究结果表明，管道低频振动由流体自激的压力脉动引起，高频振动源于发动机主体振动，而外来压力脉动激励对管道振动无明显影响。另外，可视化结果表明热试车工况下，管道振动剧烈位置主要集中在进出口与两个波纹管之间，而波纹管、弯管和支撑处的应力值较大，是容易结构失效的危险位置，应重点关注。研究结果对发火箭发动机结构优化有积极意义。 2024 Vol. 43 (2): 60-70 [摘要] ( 121 ) HTML (1 KB)  PDF (3719 KB)  ( 113 ) 71 耐张型悬索支撑输电结构风振非线性有限元分析 >李正良1,2，王邦杰1，王 涛3,4 耐张型悬索支撑输电结构是一类适用于山地地形的新型输电结构，其主要受风荷载控制。为此，该文发展了该输电结构风振非线性有限元分析模型并开展了结构风振响应分析。首先，考虑结构的几何非线性，通过单元应变能与位移的关系推导了支撑悬索和输电线的三维杆单元切线刚度矩阵；其次，给出了支撑悬索和输电线的单元质量矩阵、阻尼矩阵以及由风荷载等效而得的单元节点荷载向量；再次，基于非线性有限元理论，建立了耐张型悬索支撑输电结构风振非线性动力方程，并采用了结合Newton-Raphson迭代法的Newmark-β法求解非线性动力方程；最后，通过所建立的动力学分析模型对两跨耐张型悬索支撑输电结构进行了风致非线性振动分析。算例分析结果表明：1）提出的模型具有较好的计算精度和较高的计算效率；2）悬索支撑导线部分的低阶固有频率比悬索支撑地线部分的低阶固有频率更低；3）该输电结构的输电线位移响应受风荷载影响较大；4）输电线侧向位移和支撑悬索张力受风速和风向角影响均较显著。 2024 Vol. 43 (2): 71-78 [摘要] ( 119 ) HTML (1 KB)  PDF (2240 KB)  ( 74 ) 79 改进Reddy型三阶剪切变形理论下FG-GRC板弯曲和模态分析的无网格法 >杨立军1，陈孔2，陈卫3 基于含7个自由度变量的改进Reddy型三阶剪切变形理论（TSDT）假设，采用稳定移动最小二乘近似（SMLS）的无网格法研究了功能梯度石墨烯增强复合材料（functionally graded graphene-reinforced composite ,FG-GRC）板结构的静态线性弯曲和自振模态。通过Halpin-Tsai模型来估算材料的有效杨氏模量，有效质量密度和泊松比由混合定律确定。利用最小势能原理和Hamition原理分别推导了FG-GRC板的线性弯曲和自振频率无网格控制方程。由于基于SMLS构造的形函数不满足克罗内克条件，故采用完全转换法处理本质边界条件。文中首先介绍了基于TSDT下FG-GRC板的SMLS离散模型。随后通过与已有成果进行比较，检验了本文方法的收敛性及准确性。最后数值分析了石墨烯片（GPLs）分布模式，重量分数、几何参数、总层数及边界条件等对FG-GRC板结构弯曲和模态的影响。 2024 Vol. 43 (2): 79-87 [摘要] ( 71 ) HTML (1 KB)  PDF (1790 KB)  ( 51 ) 88 基于无模型自适应控制的半潜式平台运动性能研究 >余杨 1,2，张鹏辉 1,2，成司元 1,2，张文豪 1,2，余建星 1,2 南海海域油气资源极其丰富，半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。本文以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象，利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时，借助于AQWA软件二次开发功能，将无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论，以研究半潜式平台系泊失效后运动性能恢复。数值仿真模拟结果表明，采用无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论的半潜式平台能很好地恢复系泊失效后的运动性能，有效地减小系泊失效带来的危害；基于偏格式动态线性化和全格式动态线性化的无模型自适应控制比基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制能让半潜式平台更快地恢复运动性能。 2024 Vol. 43 (2): 88-96 [摘要] ( 93 ) HTML (1 KB)  PDF (2982 KB)  ( 60 ) 97 红砂岩粗粒土破碎性质及累积变形模型研究 >龙尧1,2，张同文1,2，李建平1,2，张家生3, 肖源杰3 红砂岩粗粒土具有易破碎性，在动力荷载反复作用下会发生颗粒破碎，导致路基产生明显的工后沉降。针对红砂岩粗粒土颗粒破碎的特点，采用室内动三轴试验仪进行了不同工况下的动力荷载试验，研究了动弹性模量、动弹性应变与粒径大小之间的关系，以及颗粒破碎率与颗粒形状系数变化率的关系。根据试验材料的动力破碎特性，构建了考虑颗粒破碎的累积变形模型，并对模型进行了修正。研究结果表明：颗粒粒径越大，动弹性应变越大，动弹性模量越小；动弹性应变先快速增大最后逐渐趋于稳定，动弹性模量随着加载次数的增加不断减小，土体出现应变软化现象。颗粒形状系数变化率变化趋势与颗粒破碎率变化趋势相似，随着加载次数的增加，形状系数值趋近于1。 此外，所构建的累积变形模型包含了应力状态参数、物理状态参数和拟合参数，能够较好的描述颗粒破碎状态下的红砂岩粗粒土的累积变形趋势。根据试验数据的反算结果，对累积变形模型的拟合参数进行了确定，便于在实际工程应用中对路基变形进行计算。由于室内试验与工程实践现场工况有一定区别，提出了模型修正系数ψ，提高了模型的预测精度。本研究结果可为红砂岩粗粒土路基设计、施工及运营提供理论依据和工程应用基础。 2024 Vol. 43 (2): 97-104 [摘要] ( 90 ) HTML (1 KB)  PDF (2217 KB)  ( 25 ) 105 基于联合仿真的飞机着陆机场跑道桥动载特性研究 >孟宪锋1,2，赵星燕3，江辉3，吴松华1,2，曹铁志1,2，罗萌3，孙永学1,2 为研究飞机着陆滑跑过程中冲击作用对机场桥梁动力响应的影响，以某拟供C类飞机使用的跑道桥为研究对象，以Boeing 737-800机型为例，首次基于有限元软件与多体动力学软件相结合的联合仿真技术建立了机-桥耦合模型，精细化模拟了飞机以不同的着陆姿态在桥梁上着陆滑跑的全过程。在验证机-桥耦合模型准确性的基础上，系统讨论了飞机着陆质量、下沉速度、俯仰角及滚转角等参数对桥梁动力响应的影响程度、影响规律，并明确了桥梁动力系数的分布范围。研究结果表明：飞机着陆冲击作用下，桥梁动力系数的主要分布区间为1.26~1.62；桥梁动力系数随着陆质量、下沉速度、滚转角增大而增大，随接地速度、俯仰角增大而减小；飞机下沉速度的影响最为显著，下沉速度从1.00 m/s增大到3.05 m/s时，动力系数从0.98增大到1.87，增幅高达90%。跑道桥的设计需合理考虑飞机着陆滑跑过程的动载作用。 2024 Vol. 43 (2): 105-113 [摘要] ( 108 ) HTML (1 KB)  PDF (3306 KB)  ( 78 ) 114 基于两种梁理论对变幅锥形杆弯曲振动的特性分析及参数设计 >常婷婷,沈峰,鲍四元 为了研究圆锥形杆自由振动的特性，分别基于欧拉-贝努力梁理论和铁木辛柯梁理论，建立变截面杆自由振动的分析模型。首先采用一种含三角函数的级数形式来表示欧拉-贝努利梁理论下杆的位移函数，以满足端部位移的条件；然后利用能量泛函极小化得到系数满足的线性方程组，进而获得不同边界条件下圆锥形杆在欧拉-贝努利梁理论下的若干阶固有频率；类似地，假设位移的级数形式并利用能量函数，建立锥形杆基于铁木辛柯梁理论的求解方法，可得各阶固有频率和模态；最后给出等截面杆在两种理论下固有频率的转化公式，并推广应用到圆锥形杆的固有频率近似转化。算例分析锥形杆截面参数对结构固有频率的影响，并基于目标设计频率和若干限制条件对锥形杆的尺寸进行设计。数值结果表明，在应用欧拉-贝努利梁理论和铁木辛柯梁理论时，所提方法都能够稳定收敛且计算效率高，具有较高的精确度。本文的研究工作为超声工程中变幅杆的动力学特性提供了计算依据。 2024 Vol. 43 (2): 114-122 [摘要] ( 85 ) HTML (1 KB)  PDF (1090 KB)  ( 144 ) 123 高烈度区波纹管连接预制拼装桥墩抗震性能研究 >刘斌1，黄永福1，宋彦臣2，韩强2，白洪涛1，丁开1 为探究预制桥墩在高烈度区应用的可行性，提出一种新型的内外波纹管连接墩柱-盖梁节点。设计制作了2个相似比为1:3的试件，分别为内外波纹管连接桥墩(IOCPCP)和现浇桥墩(CIP)。采用拟静力试验方法与有限元数值模拟结合的方法，分析试件的滞回性能、耗能能力、曲率等，并讨论其破坏模式。试验结果表明：试件破坏模式均为墩底塑性铰破坏；IOCPCP试件在承载力、滞回、耗能等方面与现浇桥墩类似，并具有更好的延性能力；IOCPCP试件在大纵漂率6%的作用下仍能保持峰值荷载88%以上的承载力；针对墩柱纵筋强度和内部补偿钢筋长度参数进行有限元模型分析，认为提高墩柱纵筋强度可以使墩底塑性铰区域略有减小，但对外围波纹管内灌浆料强度要求更高；内部补偿钢筋长度较短时，易出现双塑性铰现象。试验结果可为预制拼装桥墩在高烈度地区的工程应用提供参考。 2024 Vol. 43 (2): 123-137 [摘要] ( 98 ) HTML (1 KB)  PDF (6953 KB)  ( 57 ) 138 传递矩阵法在计算输流管路高频振动时的稳定性改进 >曹银行1，柳贡民2，胡志1 传递矩阵法（TMM）是研究结构振动时常用的计算方法，但在计算大跨度输流管路高频横向振动时，TMM存在数值不稳定的现象，制约了其进一步应用。基于无量纲化计算结果得到的子单元划分准则的全局传递矩阵法（GTMM）、混合能传递矩阵法（HETMM）和结合变精度算法的传递矩阵法（variable precision algorithm—transfer matrix method ，VPA-TMM）等三种方法解决了这一问题。其中，GTMM是最常用的TMM计算稳定性改进方法；HETMM系首次从层状介质中的波传播计算扩展到管路系统的振动分析领域，计算矩阵的维度和形式不随子单元数的变化而变化，计算时间最短；VPA-TMM无需进行子单元划分，可以看作是从根源上解决了TMM的长跨度高频计算失稳问题，但计算时间会大幅度增加。 2024 Vol. 43 (2): 138-145 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB)  PDF (1591 KB)  ( 160 ) 146 不同风场中特高压换流站阀厅屋盖风压特性试验研究 >汪之松1,2，王宇杰1，余波3，徐晴3，何勇3，李正良1,2 特高压换流站阀厅的金属屋面系统在风荷载作用下易发生屋面表层风揭事故。为深入探讨该类建筑屋面的风压极值特性，本文基于风洞试验分别探讨了大气边界层(atmospheric-boundary-layer ,ABL)风、壁面射流、均匀湍流三种风场作用下的屋面风压特性，比较了平均风剖面、风速、风向、湍流强度等因素对屋面风压的影响，结果表明：阀厅屋盖迎风前缘负风压最大，且控制风向角在45°左右；壁面射流风场下平均风压系数与脉动风压系数均超过大气边界层风场的结果；风速对阀厅屋盖的负风压系数均值和极值影响较小，而湍流度对风压系数的极值影响较大；大气边界风场时，《屋盖结构风荷载标准》（JGJ/T 481-2019）的最不利风压系数建议值偏于安全；而在壁面射流风场下，阀厅屋盖全风向最不利风压系数在所有区域都大于JGJ/T 481-2019的建议值，设计中应加以重视。 2024 Vol. 43 (2): 146-155 [摘要] ( 86 ) HTML (1 KB)  PDF (3469 KB)  ( 15 ) 156 基于Hessian局部线性嵌入和MLP-Mixer的液体火箭发动机涡轮泵轻量化故障诊断框架 >窦唯1，赵东方2，张宏利2，刘树林2 作为液体火箭发动机推进剂输送系统的关键部件，涡轮泵的运行状态直接影响着整个运载系统的性能，然而，现有的故障诊断方法往往面临特性参数选择片面及计算复杂度高等问题。针对上述局限，提出了面向涡轮泵的轻量化故障诊断框架。所提方法利用Hessian局部线性嵌入算法对信号时域、频域及时频特征进行降维，并引入一种轻量化的深度学习模型MLP-Mixer作为分类器，进而实现不同故障状态的辨识。采用某型号涡轮泵试车数据验证了所提方法的有效性，结果表明本文方法能够在保障诊断精度的同时有效降低计算复杂度，提高诊断效率。 2024 Vol. 43 (2): 156-165 [摘要] ( 103 ) HTML (1 KB)  PDF (3405 KB)  ( 59 ) 166 基于有约束L1/2范数稀疏正则化的声源识别方法 >潘薇1,2，李远文2,3，冯道方1,2，黎敏1,2 基于等效源法（Equivalent Source Method, ESM）的近场声全息（Near field acoustic holography, NAH）是一种有效的声源识别技术。然而，针对空间稀疏分布的声源识别问题，传统基于L2范数以及基于L1范数的ESM方法分别存在声源幅值被低估与算法稳定性差等问题。因此，提出了基于有约束L1/2范数稀疏正则化的声源识别方法，该方法具有强稀疏性与强抗干扰的优势，可以解决传统方法的声源识别精度低的问题。通过数值模拟实验以及普通室内的实测实验，验证了方法的有效性。 2024 Vol. 43 (2): 166-178 [摘要] ( 113 ) HTML (1 KB)  PDF (3772 KB)  ( 75 ) 179 大型矿用齿轮传动系统宏观参数动力学优化与目标函数对优化结果影响分析 >杨孝新 1，2，肖 鹿 1，2，杨晓东 2，李奇奇 2， 高晓鑫 3，金鹏程 4 为研究多级定轴齿轮传动系统的动态特性优化方法，以大型矿用齿轮箱为对象，利用广义有限元思想建立包含齿轮设计参数与系统布局参数的宏观参数动力学模型，采用Newmark-β时域积分法对额定转速工况下的动力学方程进行求解，在此基础上建立优化模型，在优化过程中实现了一个基于势能法的可优化的动态方程中的时变啮合刚度计算程序，同时提出了包含系统动态特性与体积优化在内的多目标优化方法，并与单一目标的优化方法进行比较。研究结果可为矿用齿轮传动系统的宏观参数设计提供理论参考。 2024 Vol. 43 (2): 179-186 [摘要] ( 90 ) HTML (1 KB)  PDF (2374 KB)  ( 116 ) 187 桥梁风工程研究中的雷诺数效应研究进展 >刘庆宽 1, 2, 3，韩原 3，孙一飞 3，郑云飞 4 桥梁风工程研究中的雷诺数效应问题是伴随着风洞试验方法产生的一个基础性问题，随着桥梁尺寸的增大其雷诺数也逐渐增大，风洞试验雷诺数和实桥梁雷诺数的差别对试验结果的影响越来越受重视。本文阐述了雷诺数效应问题的由来，回顾了雷诺数效应研究的发展历程，总结了针对圆形断面、矩形断面、主梁断面等不同桥梁结构断面雷诺数效应问题的研究进展，包括结构周围流场、气动力、风致振动随雷诺数的变化，指出了桥梁风工程雷诺数效应研究中尚待解决的问题，为今后该领域的研究提供参考和建议。 2024 Vol. 43 (2): 187-200 [摘要] ( 83 ) HTML (1 KB)  PDF (2958 KB)  ( 110 ) 201 基于多层六边形MAM的变压器降噪方法设计 >谢泽龙1，杨廷方1，刘寒遥2，周慧康1，王润璞1，单淞译1，周强辉1 城市变压器的噪声治理是输变电工程中亟需解决的问题。本文对某110kV变压器的噪声频谱进行分析，得到变压器噪声主频的分布特性。利用不同类型薄膜声学超材料隔声能力的互补性，设计了一种基于多层六边形薄膜型声学超材料的复合隔声结构。该隔声结构具有体积小、隔声性能强的特点。采用有限元法对六边形薄膜声学超材料建立仿真模型，研究分析薄膜厚度与预应力对其隔声性能的影响，结合分析结果对该材料进行优化。在此基础上，建立复合隔声结构的有限元仿真模型。仿真结果表明，该种复合隔声结构在变压器噪声的主频点均具有较高的声传递损失，最低可达20.4dB左右，能很好地阻断变压器噪声传播。 2024 Vol. 43 (2): 201-207 [摘要] ( 68 ) HTML (1 KB)  PDF (1396 KB)  ( 83 ) 208 变刚度地基上隔震结构群桩基础动力响应试验研究 >于旭1，单志承2，庄海洋3，陈国兴2 本文通过控制输入地震动持时压缩比和强度的方法，提出了变刚度地基上桩基基础隔震结构振动台模型试验方法，并结合已完成的不同地基上桩基基础隔震结构系列振动台模型试验，分析了地基刚度变化对隔震结构群桩基础动力学特性的影响规律。结果表明：结构-土体相对刚度比和输入地震动强度显著影响隔震结构群桩基础弯矩反应，强震下结构-土体相对刚度比越大，隔震结构群桩基础中间桩体上部弯矩反应幅值增大越显著，而中间桩体下部弯矩幅值较小。当输入加速度峰值和结构-土体相对刚度比R大于一定限值时，群桩基础震陷显著增加，群桩基础承台转动反应强烈，同时群桩基础桩顶水平位移在主震后出现明显的单边累积水平位移，说明强震作用下地基刚度变化过程中隔震结构群桩基础上部更易出现地震破坏，而群桩基础震陷与基础承台强烈转动反应的共同作用可能是导致隔震结构群桩基础上部弯矩骤增的主因。 2024 Vol. 43 (2): 208-218 [摘要] ( 70 ) HTML (1 KB)  PDF (3639 KB)  ( 71 ) 219 增压式脉冲水射流瞬时压力特性实验研究 >张洋凯1,2，卢义玉1,2，汤积仁1,2，凌远非1,2 射流压力特性决定其冲击能力，针对增压式脉冲水射流瞬时压力特性尚不明确这一问题，利用自行研制的增压式脉冲水射流压力采集系统开展试验，探究进水压力、进油压力及喷嘴直径等参数对增压腔压力特性的影响规律。试验结果表明：随着进水压力的提升，峰值压力不变，谷值压力同步提升，频率增大，增压比不变；随着进油压力的提升，峰值压力逐步增大，谷值压力不变，频率增大，增压比不变；随着喷嘴直径的增大，峰值压力逐步降低，谷值压力不变，频率增大，增压比逐步降低。同时，单周期瞬时压力中包含有两次主级脉动与一段次级脉动，通过调制进水压力可获取具有间断性与连续性的脉动压力特征。 2024 Vol. 43 (2): 219-225 [摘要] ( 75 ) HTML (1 KB)  PDF (2095 KB)  ( 13 ) 226 基于超声多尺度衰减的螺栓轴向应力评价 >余鑫，陈平，胡义亮，付统，李长泽 针对超声波传统衰减法测量高强度短螺栓应力时，难以达到预期精度，提出了一种基于超声散射衰减理论和小波多尺度分解的测量螺栓应力的方法。首先基于立方晶系材料的瑞利散射，推导了超声衰减系数与应力关系的理论模型。其次，利用小波变换得到各个尺度的衰减系数并定义加权超声多尺度衰减系数，结合粒子群优化算法和灰色关联分析确定衰减系数最优尺度组合及其归一化权重系数，建立轴向应力的超声多尺度衰减测量模型。然后，利用搭建的螺栓轴向应力超声波测量系统，对普通螺栓进行轴向应力测量，证明了该方法的可行性。最后，对比了多尺度衰减法与渡越时间和传统衰减法对高强度短螺栓轴向应力的测量结果，验证了多尺度超声衰减法更适合高强度短螺栓的轴向应力测量。 2024 Vol. 43 (2): 226-233 [摘要] ( 114 ) HTML (1 KB)  PDF (2272 KB)  ( 86 ) 234 结构间隙对起落架地面滑跑摆振特性影响分析 >阮爽1，2，张明1，3，聂宏1，2 针对两种常见的飞机滑跑状态，即减摆状态和操纵状态，建立多自由度起落架摆振动力学模型，研究间隙对两者的影响机理，得到了两种不同形式的含间隙起落架摆振动力学数学模型。通过非光滑系统光滑化处理以及多维系统数值分析求解。结果表明：减摆状态下，起落架摆振频率会略微增大，结构库伦摩擦能够减弱结构间隙引发的持续摆振影响。对于操纵状态，通快速傅里叶变换进行频域特性分析，发现支柱侧弯以及扭转之间耦合严重，两者的刚度直接决定起落架的摆振频率；存在结构间隙后，起落架整体的频率会变小，最终系统均会逐步趋于稳定的极限环震荡状态。 2024 Vol. 43 (2): 234-243 [摘要] ( 80 ) HTML (1 KB)  PDF (2446 KB)  ( 25 ) 244 单套索人工肌肉的力学特性建模及实验分析 >杨明星1,2，夏玉磊2，刘庆运1,2，汤国庆2，郑近德1,2 套索传动机构因具有传动路径灵活、柔顺性强等特点而被广泛应用于机器人传动系统，尤其是在机器人的仿生设计中经常将套索传动与人工肌肉相结合实现远距离柔顺驱动。然而套索传动系统中存在明显的非线性因素，这对套索人工肌肉整体传递特性有较大影响。为探究套索人工肌肉传递特性的影响因素，基于Cloulomb摩擦模型及Lugre摩擦模型理论分别建立了传动系统的静态模型和动态模型，并搭建了试验台探究与验证其力/位移的传递特性，实验结果与仿真结果基本一致。实验结果表明，全曲率和摩擦力是影响套索传动效率的主要因素，并联弹性元刚度过大和串联弹性元刚度过小均会降低套索人工肌肉的效率。本文的研究为基于Hill模型的套索人工肌肉的应用提供了理论指导。 2024 Vol. 43 (2): 244-253 [摘要] ( 72 ) HTML (1 KB)  PDF (2896 KB)  ( 36 ) 254 预张预应力-承插式预制桥墩抗震试验数值仿真 >贾俊峰 1， 王召辉 1， 许坤 1， 张向阳 2， 宋承哲 3 为充分利用承插式桥墩施工容差大、无粘结预应力桥墩震后可自恢复的优势，同时减少现场预应力张拉施工，提出一种承插式连接和工厂预张无粘结预应力筋连接的混合连接预制拼装桥墩。采用ABAQUS软件建立了该桥墩的三维有限元模型，基于已开展拟静力试验结果验证了该数值模型的精确性，并分析了桥墩的局部损伤、滞回行为、骨架曲线、耗能能力以及预应力筋张拉力、接缝开口等行为。结果表明：本文建立的数值模型可以较好地再现拟静力结果，混合连接预制拼装桥墩力-位移曲线表现为“旗帜型”；墩顶偏移率为5%时，墩柱仅出现横向裂缝，无其他明显结构损伤；承插深度为0.4D时承台出现轻微裂缝，0.7D时承台可以提供足够的抗拔力且无明显损伤；外包钢管和钢垫板存在应力集中现象。 2024 Vol. 43 (2): 254-263 [摘要] ( 97 ) HTML (1 KB)  PDF (4084 KB)  ( 56 ) 264 基于超声尾波法的钢筋混凝土腐蚀监测研究 >吕铎1，徐嘉豪1，胡宏伟1，易善昌2，王磊2 针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题，提出一种利用尾波干涉（coda wave interference, CWI）表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上，建立CWI腐蚀损伤评价指标。搭建快速电化学实验监测了RC在0%、1%、2%腐蚀率下的腐蚀过程，通过逐步CWI分析了相对速度变化"Δv" ⁄"v" 及去相关系数"K" _"d" 的变化规律，探究了换能器布置方式对尾波腐蚀监测敏感性的影响。研究结果表明："Δv" ⁄"v" 随着腐蚀时间而逐渐减小，"K" _"d" 随着腐蚀时间而逐渐增大；CWI方法能够有效地监测RC结构腐蚀裂纹的扩展过程，并且具有较好的敏感性；换能器采用垂直、对侧和同侧三种不同布置方式均能检测出RC结构腐蚀开裂，垂直布置方式对RC腐蚀检测的敏感程度更高。 2024 Vol. 43 (2): 264-270 [摘要] ( 65 ) HTML (1 KB)  PDF (1564 KB)  ( 34 ) 271 悬浮隧道支撑锚索在管体运动状态下的动频率与湿模态 >朱灿，刘炎，易壮鹏 悬浮隧道(submerged floating tunnel,SFT)是一种潜力巨大的水下交通结构，其支撑锚索频率、模态的精确获取对识别结构动力性能至关重要。本文提出了一种管体运动状态下求解锚索“动频率”和“湿模态”的新颖方法，将锚索等效为梁或弦建立了四类考虑锚索抗弯刚度、湿重等因素的力学模型。在对运动悬浮隧道结构进行拟静态处理，及通过静平衡时锚索顶张力与该索支撑范围内净浮力相等的原则确定结构基本参数的前提下，研究了管体竖向周期运动过程中锚索动频率与湿模态的分布规律。获取了锚索动频率带及其上限、下限与管体浮重比、锚索倾角、竖向高度及管体运动幅值之间的对应关系与参数敏感区间，得到了锚索湿模态对湿重展向效应、竖向高度等因素的敏感程度，可为进一步深入研究锚索涡振频率锁定、参数振动提供新的处理思路。 2024 Vol. 43 (2): 271-279 [摘要] ( 73 ) HTML (1 KB)  PDF (2502 KB)  ( 73 ) 280 压电集成石墨烯增强功能梯度多孔板的等几何建模与分析 >刘庆运1，刘康仁1，张红一1，刘涛1,2 基于等几何分析方法和一种仅含有4自由度的简化一阶剪切变形理论（Simple first-order shear deformation theory, S-FSDT）建立了压电集成石墨烯增强功能梯度多孔（Piezoelectric integrated graphene platelets reinforced functionally graded porous, P-GPLs-FGP）板的数值分析模型。首先，利用Halpin-Tsai微观力学模型、闭胞体高斯随机场理论和混合定律得到了石墨烯增强功能梯度多孔板的有效材料属性；其次，基于等几何分析方法、S-FSDT和哈密顿原理推导了P-GPLs-FGP板的运动控制方程，并通过与已有算例对比验证了模型的准确性和有效性；最后，利用所建模型分析了孔隙分布形式、孔隙系数、石墨烯分布形式、石墨烯质量分数、边界条件和宽厚比对P-GPLs-FGP板固有频率和机-电载荷作用下静态弯曲响应的影响。研究结果表明：板的刚度与孔隙系数成反比，而在基体材料中添加少量的石墨烯可以有效地增强结构的刚度；与其他组合形式相比，板的刚度在孔隙PD-S分布和石墨烯GPL-S分布时最大。 2024 Vol. 43 (2): 280-290 [摘要] ( 83 ) HTML (1 KB)  PDF (1831 KB)  ( 60 ) 291 基于高斯展开法的碟形声学黑洞半解析建模与宽频调谐减振机理研究 >丁媛， 施凯耀，郑玲 近年来，嵌入式声学黑洞（ABH）以其优异的性能，在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了广阔的应用前景，但其局部结构强度弱化会影响其工程实用性。本文提出一种碟形声学黑洞(Dish-shaped acoustic black hole，DABH)结构，将其附加在主体结构上，以实现对主体结构的宽频减振。在Rayleigh-Ritz法框架下，选择高斯函数作为基函数，根据声学黑洞板的形状确定基函数的分布，避免质量和刚度矩阵的奇异化，建立了其耦合系统半解析模型。通过与有限元模态分析结果的对比，验证了半解析建模方法的正确性。研究了碟形声学黑洞结构参数以及连接位置对主体结构振动响应特性的影响规律，分析了碟形声学黑洞的ABH效应以及与主体结构的耦合效应，揭示了其宽频调谐减振的机理，为拓展声学黑洞在宽频结构振动控制上的应用提供了新的思路。 2024 Vol. 43 (2): 291-298 [摘要] ( 63 ) HTML (1 KB)  PDF (1919 KB)  ( 16 ) 299 基于振动信号PSD-SVM方法的不定负荷下柴油机气阀间隙异常故障诊断 >聂浩淼， 车驰东 针对许多基于振动信号的故障诊断方法在不同负荷下的诊断不全面的问题。提出了一种基于功率谱密度（PSD，Power Spectral Density）与支持向量机（SVM，Support Vector Machine）的故障诊断方法。该方法将振动信号功率经过滑动平均滤波（MAF，Moving Average Filter）处理，计算样本中每个周期的标准化信号的功率谱特征，再使用核方法SVM进行特征分类，从而实现故障诊断。经过柴油机实机测试，该方法对于不同负荷下的故障识别率达到96.72%，能有效识别不同负荷下的柴油机进排气阀间隙增大故障。 2024 Vol. 43 (2): 299-305 [摘要] ( 108 ) HTML (1 KB)  PDF (1768 KB)  ( 88 ) 306 航行体出水过程空化结构演变与溃灭载荷特性研究 >高山1,2，施瑶1,2,潘光1,2 高速航行体肩部附着空泡穿越自由液面过程中发生溃灭现象，将产生巨大的冲击载荷，严重影响航行体出水姿态和结构安全性。本文采用改进型分离涡模型，建立了水下发射非定常空化特性数值模拟方法。结果表明：航行体附着空泡出水过程自上而下发生溃灭现象，在溃灭末期收缩为较小的孤立空泡，溃灭产生的高速射流冲击结构表面；在出水过程中，水面附近的“反向旋转涡对”导致附着空泡发生了快速溃灭现象，以发卡涡为代表的壁面涡旋结构发展明显受到附着空泡的抑制；空泡溃灭末期的孤立泡产生了巨大的冲击压力峰值，对航行体结构安全性将造成巨大破坏。然而，初期航行体迎流侧空泡溃灭行为也会导致较大的压力峰值出现。 2024 Vol. 43 (2): 306-314 [摘要] ( 93 ) HTML (1 KB)  PDF (2438 KB)  ( 7 ) 315 考虑气动加热瞬态温度效应的复合材料壁板超音速热气动弹性LCO特性研究 >刘雅婷 1，段静波 1,2，徐步青 1,2，高艺航 3,4 研究了考虑气动加热瞬态温度效应的复合材料壁板非线性热气动弹性行为。对于气动热模型，采用Eckert参考温度法计算气动加热热流，采用有限差分法求解包括壁板面内和贯穿厚度方向的二维瞬态温度场。对于气动弹性模型，采用Von Karman假设来描述复合材料壁板的大挠度变形，采用一阶活塞理论描述超音速气动力。在本文方法验证后，首先给出了考虑气动加热瞬态效应下的复合材料壁板瞬态温度响应和气动弹性极限环振荡（LCO）响应，并与壁板在稳态温度场中的气动弹性LCO响应进行对比分析。然后，重点讨论了考虑气动加热产生的瞬态温度效应下斜激波、来流动压、传热系数和初始干扰力等因素对复合材料壁板超音速热气动弹性LCO响应和瞬态温度场的影响规律。 2024 Vol. 43 (2): 315-322 [摘要] ( 62 ) HTML (1 KB)  PDF (1753 KB)  ( 26 ) 323 可变重心线路巡检机器人摆振分析及抑制 >樊星，李小彭，彭健文，刘炳斐 针对野外输电线环境中巡检机器人(power transmission line inspection robot,PTLIR)受自然风影响出现的机身摆动问题，本文提出一种在机器人的可变重心箱体中加装摆式动力吸振器(dynamic vibration absorber ,DVA)的摆振抑制策略。首先描述了输电线系统与巡检机器人加装摆式动力吸振器的结构特点。基于Davenport风速谱与输电线系统的特点建立了风扰动模型。分析了机器人行走对输电线的影响，建立了简化后风扰动影响下机器人摆动的动力学模型，仿真了抑振前机器人在风扰动影响下的风振响应；基于拉格朗日方程建立了加装动力吸振器优化后的巡检机器人动力学模型，并完成了吸振器的参数设计。通过仿真不同风速下机器人的风振响应，验证所提出的振动抑制策略的有效性。最后，基于改进结构下的巡检机器人样机，开展了室内风扰动实验。结果表明：所提出的吸振器抑振策略可在一定程度上抑制机器人的机身摆动，提高工作稳定性。本文的研究过程对其他摆式结构设备的振动抑制具有一定的参考价值。 2024 Vol. 43 (2): 323-333 [摘要] ( 101 ) HTML (1 KB)  PDF (2537 KB)  ( 68 ) 334 市域列车牵引变压器声辐射特性与降噪措施分析 >黄佳程1，肖新标1，王奇1，杜星2，周顺元1，都业林3 为了研究牵引变压器对市域列车车内噪声的影响，本文建立了牵引变压器电磁场-结构力场-压力声场的多物理场耦合模型和车内噪声仿真模型，分别通过变压器辐射试验和车内噪声试验验证了牵引变压器和车内噪声仿真模型的有效性。牵引变压器噪声仿真模型考虑了铁心材料的各向异性与磁致伸缩的非线性，车内噪声仿真模型考虑了车体结构特征。为了降低变压器对车内噪声的影响，根据牵引变压器辐射噪声产生机理与现场试验结果，从变压器的结构与电磁参数两方面提出了降噪措施。基于所建立的变压器和车内噪声仿真模型，对降噪措施进行了仿真分析。研究结果表明：铁心刚度增加60%与磁通密度降低10%的降噪方案，降噪效果最明显，车内噪声总值分别降低了8.2 dBA与4.4 dBA，且降低铁心磁通密度在50～5000 Hz范围内对噪声均存在抑制作用；夹件垂向刚度与夹件横向刚度分别增加80%与60%的降噪方案，也可有效降低牵引变压器辐射噪声总值，但仅能抑制一定频率范围内的噪声。 2024 Vol. 43 (2): 334-342 [摘要] ( 117 ) HTML (1 KB)  PDF (1784 KB)  ( 130 )

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