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文章快速检索     高级检索 2024年 43卷 11期 刊出日期：2024-06-15 论文        论文 1 深水隔水管-防喷器组耦合系统动力学建模与仿真验证 >畅元江，王仕超,李健，刘秀全 在深水钻井过程中，隔水管与防喷器组系统是整个作业环节的重要一环。由于在作业过程中面临着诸多风险，因此，建立精确的隔水管-防喷器组耦合系统力学分析模型，准确分析其力学行为和性能，对指导钻井作业安全进行具有重要意义。目前大多只关注于对隔水管的独立建模而忽视防喷器组的潜在影响，这将导致所建立的模型与实际情况存在差异，使得隔水管系统的力学特性无法得到精确分析。本文提出了隔水管与防喷器组刚柔耦合概念，推导耦合系统动能、势能，采用拉格朗日方法建立理论模型，用Newmark-β直接积分法对动力学模型进行数值计算。采用ADAMS软件建立了仿真建模，开展不同工况条件下的动态响应对比分析。结果表明，理论模型得到的隔水管横向位移包络线和弯矩包络线、隔水管中部节点横向位移时程曲线和底部弯矩时程曲线与ADAMS仿真结果吻合良好，从而表明了本文理论模型的重要性，可为我国隔水管的设计和分析提供参考和支持。 2024 Vol. 43 (11): 1-8 [摘要] ( 171 ) HTML (1 KB)  PDF (2773 KB)  ( 110 ) 9 基于压电导纳的叠堆型压电智能骨料工作性能实验研究 >兰成明1，刘鸿辉1，王建军2，李伟杰3 叠堆型压电智能骨料是一种以压电叠堆为核心元件制备的新型换能器。相比于传统的智能骨料，它有着更优异的力电耦合性能，可有效提高结构损伤诊断的精度和可靠性，在结构健康监测领域有重要的应用前景。但是，目前主要侧重于器件的设计和理论建模，基于压电导纳的器件工作性能还需进一步评估。设计了温度敏感性实验，分析了器件的谐振频率在温度梯度下的变化规律；开展了28天的浸水实验，绘制了器件谐振频率随浸水天数的变化曲线；制备了三个200 mm×200 mm×200 mm土体试件，并将器件嵌入到土体试件中开展含水率的监测实验，通过分析不同含水率下的量化指标对土体含水状态进行监测。研究结果表明，叠堆型压电智能骨料的谐振频率随温度的升高而线性下降；在28天浸水过程中，谐振频率的最大偏移率不超过10%，稳定性良好；基于导纳信号计算得到的量化指标均随土体试件含水率的升高而增大，可有效监测土体含水率的变化。 2024 Vol. 43 (11): 9-18 [摘要] ( 89 ) HTML (1 KB)  PDF (3466 KB)  ( 57 ) 19 浮动基多机悬吊系统动力耦合响应分析 >赵志刚，王宝玺，苏程，赵祥堂，郭鑫，闫继亮 为了研究浮动基多机悬吊系统在不规则波作用下的动力耦合关系，首先利用动量定理和动量矩定理建立了浮动基机器人动力学模型，其次利用达朗贝尔原理建立了悬吊系统的动力学模型，并提出了系统动力学的耦合关系分析步骤；最后结合实例，仿真分析了浮动基多机器人协调悬吊系统在不同波高、不同波长比和不同起吊速度下动力耦合响应过程。所得结论为该系统的理论研究进行了补充和完善，同时也为浮动基多机悬吊系统在实际的吊运过程中，判断安全的吊运环境提供技术支撑。 2024 Vol. 43 (11): 19-30 [摘要] ( 64 ) HTML (1 KB)  PDF (4494 KB)  ( 36 ) 31 重载与中强地震联合作用下的曲线独柱墩桥梁倾覆性分析 >殷新锋1，方亚茹1，晏万里1，黄胄1，李茂侬1,2 为探讨移动车辆和中强地震联合作用对曲线梁桥的抗倾覆影响，建立车-桥-地震分析模型，提出考虑地震作用的曲线梁桥车-桥耦合振动分析方法。以多跨曲线连续梁桥为研究对象，对比分析中强地震和重载车辆偏载组合作用下的支座反力和主梁倾覆时整体转角大小。研究地震动类型、峰值、车辆关键参数等因素对曲线梁桥倾覆稳定性的影响。结果表明：不同车辆和地震荷载组合会改变桥梁的受力情况，纵向间隔2米的3辆100t车辆以3m/s速度行驶时，三跨曲线梁桥的倾覆最明显；综合考虑重载及地震联合作用，对抗倾覆性规范中的稳定系数计算公式进行了修正；分析了五跨曲线梁桥中墩支座偏心距对抗倾覆稳定系数的影响，计算结果表明中墩两相邻支座设置偏心时曲线桥最大抗倾覆系数为1.55。 2024 Vol. 43 (11): 31-40 [摘要] ( 48 ) HTML (1 KB)  PDF (3942 KB)  ( 77 ) 41 带挑臂PK箱梁涡振性能及优化措施机理研究 >李春光，贺小龙，黄笑，颜虎斌，韩艳 为研究带挑臂PK箱梁的涡振性能及气动优化措施，通过节段模型风洞试验研究了PK箱梁在0°、±3°风攻角下的涡振性能，并测试了人行道高度、封闭挑臂底部、栏杆透风率改变、不同倾角抑流板等气动措施对PK箱梁气动稳定性的影响，研究表明：主梁在0°、+3°风攻角下出现强烈的竖向涡激共振，并出现多个竖向涡振区间，同时在高风速下主梁出现了明显的扭转涡振；抬高人行道高度能降低各攻角下主梁的竖弯涡振响应，同时高风速下的扭转涡振得到极大程度的改善；通过封闭栏杆来改变栏杆透风率的研究发现，竖向间隔封闭人行道外侧护栏能破坏涡激气动力在展向的相关性，将主梁涡振峰值响应降低至规范限值的55.8%；0.25m宽抑流板能有效改善主梁气动稳定性，抑流板倾角变化在20°~75°之间时，其均能完全抑制主梁涡振响应；气流在迎风侧人行道护栏处发生分离，在上表面卷起形成规律的大尺度旋涡，从而造成主梁剧烈的涡激振动，抑流板明显破坏了挑臂附近旋涡的形成，无法向下游发展形成规律的大尺度旋涡，从而能有效抑制主梁涡振。 2024 Vol. 43 (11): 41-49 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (4782 KB)  ( 52 ) 50 超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法 >许才彬1，左浩2，陈一馨2 针对超声导波缺陷成像中存在的入射信号能量低、缺陷成像分辨率不足等成像质量不高的问题，提出了一种超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法。首先在长时宽、大带宽线性调频信号激励下，基于超声导波相控阵列逐元激励模式，获取被测结构的全矩阵捕获数据；然后对各响应信号做匹配滤波，对长时宽响应信号波包进行脉冲压缩；接着采用虚拟时间反转法，对脉冲压缩后所得信号进行频散和幅值补偿，以消除大带宽导致的信号相位畸变和因波扩散传播而导致的幅值下降，从而获得无相位畸变的窄时宽信号波包；最后设计了同时包含信号相位和幅值信息的成像指标，进行加权全聚焦成像。在含裂纹、表面缺陷的碳钢板中进行了超声导波缺陷成像实验，结果表明，所提方法可以实现单缺陷/双缺陷的高质量成像。 2024 Vol. 43 (11): 50-57 [摘要] ( 33 ) HTML (1 KB)  PDF (2339 KB)  ( 8 ) 58 开孔硬涂层薄壁圆柱壳复合结构的半解析建模及振动特性分析 > 魏德正，杨建，张月 针对硬涂层薄壁圆柱壳复合结构的圆形开孔问题，提出了一种参数化的周向区域分解法，并基于Rayleigh-Ritz法建立了开孔硬涂层薄壁圆柱壳复合结构的自由振动半解析模型。以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层材料的开孔薄壁圆柱壳为例，通过对比解析与有限元计算结果验证了该半解析模型的有效性和合理性。同时，探讨了周向均布条件下开孔数量、轴向位置、开孔大小和硬涂层弹性模量对开孔硬涂层薄壁圆柱壳复合结构振动特性的作用规律。结果表明，开孔会增加复合结构的固有频率，但随着周向均布孔数的增加，结构固有频率不断减小，且当开孔数等于周向半波数或其特殊倍数时，结构固有频率会发生突变升高的特殊现象；随着硬涂层弹性模量的增加，结构固有频率均不断增加；随着轴向开孔位置的升高，结构固有频率不断降低，且当开孔数等于周向半波数或其特殊倍数时，降低幅度会大大增加；孔径的增加也会降低结构固有频率，但当开孔数等于周向半波数或其特殊倍数时，结构固有频率会随着孔径的增加而增大。 2024 Vol. 43 (11): 58-65 [摘要] ( 38 ) HTML (1 KB)  PDF (3212 KB)  ( 17 ) 66 振动环境下直动式溢流阀的防压力波动可靠性分析 >查从燚1，孙志礼1，刘勤2，潘陈蓉3 液压装备工作环境复杂，其中不乏存在振动、冲击等不利因素，这些因素与不确定性因素耦合极易引起溢流阀调定不当从而造成液压装备失效。针对此问题，考虑不确定性因素的影响，提出了一种直动式溢流阀防压力波动可靠性分析模型。通过适当简化建立了溢流阀在振动环境下的数学模型，并以调定压力波动幅值是否超过国标规定值为判别条件，构建了溢流阀压力波动失效的功能函数。考虑到功能函数为强非线性隐式，将MATLAB/Simulink仿真与主动学习Kriging模型相结合建立溢流阀防压力波动可靠性分析方法,并得到了振动环境下溢流阀压力波动失效概率。所得结果不仅为溢流阀的可靠性评估和设计优化提供了新的指导，还对发展液压相关元件可靠性技术具有一定的学术价值。 2024 Vol. 43 (11): 66-71 [摘要] ( 32 ) HTML (1 KB)  PDF (1494 KB)  ( 51 ) 72 水介质中冰-桥墩碰撞动力响应分析 >贡力,董洲全,杨腾腾,崔越,杜云飞 为准确模拟冰-桥墩碰撞过程中墩体结构的动力响应，基于流固耦合（FSI）的计算方法，运用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟了水介质中冰排与桥墩在不同碰撞影响参数下的动力响应。结果表明：恒定附加质量（CAM）模型相比FSI模型冰载荷计算结果偏大，是因为CAM模型忽略了降低冰排速度的“水垫效应”，但其计算效率高，计算时间是FSI模型的1/10，更有利于桥墩防撞设计，而FSI模型能够更真实地模拟冰－桥墩碰撞场景。综合分析该研究所模拟的不同冰排工况，发现桥墩在冰排撞击作用下呈现明显的冰激结构振动特征，桥墩侧向位移云图随着应力波的传递呈现明显的层状分布，其顶部侧向位移幅度最大，因此在工程设计时应充分考虑其对桥梁整体安全的影响；随着冰排速度、冰排厚度和冰排压缩强度的增大，冰载荷平均值均呈现近似多项式函数关系。此外，研究发现当冰排压缩强度小于2.668MPa（环境温度高于-15℃）时，冰载荷平均值明显减小，表明环境温度的变化对于桥墩受冰排撞击挤压作用所受的冰害问题具有显著的差异。其仿真研究成果拟为桥梁及桥墩防撞设施设计提供参考。 2024 Vol. 43 (11): 72-82 [摘要] ( 33 ) HTML (1 KB)  PDF (4508 KB)  ( 53 ) 83 复合式空气悬架多模式切换终端滑模控制 >寇发荣1，杨旭东2，李盛霖2 针对车辆空气悬架系统在复杂工况下车身高度与悬架阻尼难以协调的问题，提出一种复合式空气悬架多模式切换终端滑模控制策略。考虑悬架系统非线性及外界干扰的影响，建立复合式空气悬架非线性动力学模型；设计多模式切换控制器以确定不同车身高度下的最优阻尼控制模式；采用未知输入观测器估计悬架系统状态量，并设计一种基于径向基神经网络的非奇异快速终端滑模控制器，控制直线电机输出对应模式下的电磁推力；最后，对多模式切换终端滑模控制策略下的悬架动态性能进行仿真与台架试验。仿真结果表明：该控制策略可有效协调车身高度与悬架阻尼，提高车辆在复杂工况下的平顺性和操稳性。试验结果表明：相比于被动悬架，系统的簧载质量加速度在时域和频域内分别降低了32.5%和33.7%，验证了该控制策略的有效性。 2024 Vol. 43 (11): 83-93 [摘要] ( 50 ) HTML (1 KB)  PDF (3801 KB)  ( 19 ) 94 制动闸片摩擦块孔结构对盘-块界面粘滑振动的影响 >王权1,2，王志伟1,2，莫继良1,2，范志勇1,2，周仲荣1,2 制动闸片摩擦块多采用孔结构以改善界面摩擦磨损行为及热分布特征。为进一步研究制动闸片摩擦块孔结构与盘–块界面粘滑振动特性的关系，通过开展摩擦学试验，分析了有孔和无孔摩擦块对界面粘滑振动的影响，并辨识了相应的Stribeck模型参数以描述盘–块界面间的摩擦系数特征。然后，建立了盘–块摩擦系统数值模型，基于辨识的Stribeck模型参数并结合理论分析，探讨了粘滑振动的关键影响因素，揭示了摩擦块孔结构对界面粘滑振动的作用机理。结果表明，摩擦系数–相对速度负斜率特征造成的负阻尼效应向系统输入能量，导致了系统的不稳定及粘滑振动。动、静摩擦系数的差值越大，负阻尼效应越强，系统粘滑振动强度及不稳定程度更高。相比无孔摩擦块，有孔摩擦块可通过孔结构调整界面摩擦特征，使动、静摩擦系数的差值减小，从而有效抑制界面粘滑振动强度，提高系统的稳定性。 2024 Vol. 43 (11): 94-101 [摘要] ( 43 ) HTML (1 KB)  PDF (2795 KB)  ( 21 ) 102 初始转速与导叶控制策略对变速抽水蓄能机组泵断电过程影响规律研究 >陈永焱1，陈帝伊1，邓宇闻1，马程1，周叶2，孙慧芳3，周大庆4 在可变速抽水蓄能机组泵断电暂态过程中，因导叶关闭引起的压力波动、回流、转速双峰等不利现象，极大影响了机组及压力管道系统的安全运行；初始转速作为影响机组动态特性的重要参数，其对泵断电过程中转速、流量的影响规律尚不明晰。针对以上问题，基于一维瞬变流理论特征线法和改进Suter变换法，构建可变速抽水蓄能机组调节系统模型。通过对可变速抽水蓄能机组泵断电过程进行模拟，分析了导叶关闭时间对特征参数的影响规律，阐明了初始运行转速与倒流流量、反转转速极值之间的内在联系。结果表明，正转正流阶段和正转逆流阶段的初期各特征参数时域响应趋势极为相近；与此同时，对比不同导叶关闭时间的结果，得出由反转逆流阶段进入停机能够增强机组及压力管道系统安全性的结论；此外，在同一扬程和入力条件下，采用不同初始运行转速对泵断电过程进行模拟，得出流量、转速极值特性与初始运行转速呈负相关的结论。 2024 Vol. 43 (11): 102-110 [摘要] ( 33 ) HTML (1 KB)  PDF (3281 KB)  ( 17 ) 111 碳纤维圆管增强超弹多孔结构振动特性研究 >樊永乐1，2,杨金水,2，李爽1，2，刘彦佐1 随着船舶工业技术的快速发展，对动力系统隔振装置提出了更加苛刻的要求，现有的橡胶阻尼材料虽然具备良好的减振效果，但仍然存在着质量大、力学承载性能和吸能性能不足等问题，针对上述背景，本文将橡胶阻尼材料与力学性能优异的碳纤维圆管相结合设计出了一种兼具轻质、抗冲、隔振的碳纤维圆管增强超弹多孔结构，并在前期的研究中已验证了该结构具有优异的抗冲吸能表现。在此基础上，通过试验结合数值表征的方法研究了该结构的振动行为和减振性能，揭示碳纤维圆管对结构固有振动特性和减振性能的影响规律。结果发现，相比无增强结构，填充碳纤维圆管的超弹多孔结构可在增强结构整体刚度的同时实现减振性能的显著提升；试验结果验证了所建立结构数值模型的可靠性，对比不同增强结构的仿真与试验发现随着碳纤维圆管厚度的增加，结构固有频率呈现先增大后减小的趋势；研究结果可为设计新型轻质高刚度高阻尼结构提供参考。 2024 Vol. 43 (11): 111-117 [摘要] ( 45 ) HTML (1 KB)  PDF (2070 KB)  ( 23 ) 118 基于JMFAN网络的跨轴承故障诊断 >刘智宏，史丽萍，陈凯玄，陈瑞，韩丽 工业生产中使用的电机轴承类型多种多样，由于数据标注成本高昂，往往存在某种型号的轴承缺乏带标签数据。针对上述问题，本文提出了一种用于无监督学习的联合多尺度特征自适应网络(Joint Multi-Scale Feature Adaptation Network，JMFAN)，使用联合最大均值差异算法度量不同领域之间的距离，通过最小化领域间联合概率分布实现跨轴承故障诊断。围绕不同型号轴承在不同工况下的故障展开迁移学习研究，并进行实验验证。结果表明，该方法相比于传统的无监督迁移学习方法，可以显著提高在不同轴承故障诊断中准确率和模型泛化能力，在凯斯西储大学轴承数据下八个不同迁移任务中平均准确率达到了99.06％。 2024 Vol. 43 (11): 118-125 [摘要] ( 40 ) HTML (1 KB)  PDF (1743 KB)  ( 9 ) 126 基于LSTM深度学习网络的分布动载荷识别 >郭安丰1，吴邵庆1,2 提出一种基于LSTM深度学习网络的分布动载荷识别新方法。首先，建立结构有限元模型并对载荷作用区域进行平面化和子区域网格划分，构建子区域上以形函数形式分布的动载荷和有限元模型节点动响应之间的传递关系，建立节点处应变动响应与对应子区域上分布动载荷的样本库；其次，利用Meyer小波对样本库中的时域样本进行特征提取，并基于LSTM深度学习网络训练子区域上分布动载荷与有限元模型节点应变动响应的传递关系；最后，开展了数值仿真研究，利用有限元模型仿真应变动响应识别了三维壁板结构表面的分布动载荷，验证了所提出方法的有效性。研究旨在为服役状态下壁板结构上动载荷环境预示提供技术支撑。 2024 Vol. 43 (11): 126-134 [摘要] ( 52 ) HTML (1 KB)  PDF (2978 KB)  ( 22 ) 135 冰雹和钨珠非正冲击下T800-CFRP层合板损伤特性的研究 >尚晓壮1，刘瑶璐1,2，冯晓伟3，胡宁1,4，谭晓军3，胡艳辉3 通过实验和仿真相结合的方法研究了T800碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在冰球和钨珠非正冲击作用下的损伤特性。首先开展了冰球和钨珠在给定工况下高速撞击T800-CFRP层合板实验，以此对仿真模型的有效性进行验证；然后讨论了T800-CFRP层合板在两种冲击体以不同冲击能量与冲击角度作用下的损伤特性及其差异性。研究表明：钨珠在冲击能量较低时就能对层合板造成穿孔损伤，但随着冲击能量增大层合板的损伤程度呈下降趋势；冰球对层合板造成损伤的冲击能量阈值与钨珠的相比要高很多，且随着冲击能量的增加损伤程度明显加剧；钨珠在冲击角度为45°和60°时造成的损伤与正冲击的情况相比要更加严重，而冲击角度为30°时造成的损伤却小于正冲击的情况；冰球冲击时，层合板的损伤程度随冲击角度的增加而减小。本研究有助于深化对T800-CFRP层合板在冲击载荷作用下的损伤与破坏行为的认识，具有重要的科学意义和工程应用价值。 2024 Vol. 43 (11): 135-147 [摘要] ( 22 ) HTML (1 KB)  PDF (4460 KB)  ( 5 ) 148 复合空间索对大跨度铁路悬索桥横向刚度影响的研究 >向活跃1,2，陶宇2，汪镇2，钟进坤2，李永乐1,2 为提升大跨度铁路悬索桥的横向刚度，提出一种由主、副斜拉索组成的复合空间索结构。然后，基于材料有效利用率和静力分析，对复合空间索的直径、主斜拉索在加劲梁和地表的锚点位置、副斜拉索的数量等参数进行了优化。最后，采用风-车-桥耦合振动分析法，基于行车性能得到了桥梁横向挠跨比限值，分析了主、副斜拉索对横向挠跨比限值提升率的影响。结果表明：基于材料有效利用率，主斜拉索与加劲梁的锚点位置宜设在1/4主跨附近，且主斜拉索的地表锚点、加劲梁锚点与桥塔的垂直距离相等时最优，每组复合空间索中副斜拉索设置1根即可；在复合空间索的最优布置形式下，桥梁横向挠跨比可降低14.18%，横向挠跨比限值可提升16.79%。 2024 Vol. 43 (11): 148-154 [摘要] ( 241 ) HTML (1 KB)  PDF (2913 KB)  ( 32 ) 155 基于双层反对称阻尼式声子晶体的双通路宽频带噪声抑制方法研究 >白晓天1，肖照洋1，石怀涛1，罗忠2，赵金宝1，何凤霞1 针对现有声子晶体模型难以在结构传播与空气传播双通路实现噪声抑制的问题，文章提出了一种双层反对称阻尼式声子晶体结构，以双层阻尼式声子晶体为单元抑制噪声结构传播，将迷宫型散射体反对称式排列抑制噪声空气传播，实现双通路宽频带降噪。研究基于有限元理论与力声类比法对模型的能带图、传递曲线与吸声系数进行计算，对比分析了吸声性能与传统结构的差异，并通过实验进行验证。研究发现，模型中的双层阻尼—散射体结构可将降噪带宽拓展为传统结构的3.3倍，且同体积附加质量仅为传统结构的53.3%，反对称结构可突破吸声系数瓶颈，实现高效吸声。结果表明该模型可以实现双通道宽频带范围内的噪声控制，并具有轻质化的特点，能很好地补足现有声子晶体模型在宽频带噪声控制领域的短板。 2024 Vol. 43 (11): 155-164 [摘要] ( 42 ) HTML (1 KB)  PDF (3072 KB)  ( 26 ) 165 基于RegNet-CSAM与ZOA-KELM模型的滚动轴承故障诊断 >戚晓利，王兆俊，毛俊懿，王志文，崔德海，赵方祥 针对现有深度卷积神经网络对滚动轴承混合故障诊断效果不佳以及模型复杂度过高导致计算成本过大等问题，提出了一种基于RegNet-CSAM与ZOA-KELM模型的滚动轴承故障诊断方法。该模型由RegNet-CSAM网络和ZOA-KELM分类算法组成。首先，将融合了通道和空间特征的注意力机制CSAM与组卷积残差模块结合，提升该结构的表征能力，由此构建的RegNet-CSAM网络，模型复杂度为0.48GF；其次，在分类阶段将斑马优化核极限学习机（ZOA-KELM）替代原来网络中使用的Softmax函数完成最后的分类任务。滚动轴承故障诊断试验结果表明，RegNet网络对滚动轴承混合故障样本容易产生误判，CSAM的融入虽将RegNet网络的分类精度进一步提高，但是仍然存在一定程度的滚动轴承混合故障误判问题；而将ZOA-KELM替代Softmax函数后再对RegNet-CSAM网络输出特征进行分类，能够有效识别出滚动轴承的单一和混合故障，准确率达到了99.92%。所提方法对比其他网络，诊断精度最大提升5.02%，模型复杂度最大缩减32倍。 2024 Vol. 43 (11): 165-175 [摘要] ( 27 ) HTML (1 KB)  PDF (3944 KB)  ( 8 ) 176 高温后水泥砂浆-花岗岩复合层动态力学性能试验研究 > 顾琳琳1,尹克飞1,王振2，吴汩3，何鹏涛2 为研究高温后水泥砂浆-花岗岩复合层的动态力学特性，采用分离式霍普金森压杆（SHPB）设备，以温度和加载速率为可变参数，开展了复合层试件动态压缩试验及静压对比试验。结果表明：动态抗压强度和动态强度增长因子（DIF）均有显著的应变率效应，应变率低于45s-1时DIF随温度升高单调减小，高于45s-1后DIF随温度升高先减小后增大；高温后复合层界面粘结减弱，随着温度升高水泥砂浆和花岗岩破坏形态差异化增大；复合层试件削波耗能特性表现出加载速率低敏感和温度高敏感。峰值应力比和耗能率不随加载速率的改变而发生明显变化，高温后复合层等效波阻抗下降，削波能力得到增强而耗能效果受到削弱；随着温度升高，入射能更多地转化为反射能，透射能及破坏耗能的占比下降。 2024 Vol. 43 (11): 176-184 [摘要] ( 27 ) HTML (1 KB)  PDF (3186 KB)  ( 9 ) 185 考虑宏观结构性能的多材料微结构拓扑优化设计 >张磊1,2，倪绍豪1,2，蒋国璋1,2,3，张严1,2,3，宫逸文1,2 多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能，被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计，多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。本文通过构建基于差集的多材料水平集描述模型和交替活动相算法，提出了基于参数化水平集的的多材料微结构拓扑优化设计方法。首先，构建了基于差集的多材料水平集描述模型，利用N个水平集函数实现N+1相材料拓扑的精确描述。然后，引入交替活动相算法，将原始N+1相多材料优化问题分解为N(N+1)/2个双相材料优化子问题，以减少设计变量与约束条件，提高计算效率。最后，采用均匀化方法计算多材料微结构的等效弹性张量，以宏观结构柔度最小化为优化目标，各相材料用量为约束条件，构建多材料微结构拓扑优化模型，并利用优化准则法实现上述优化模型的高效求解。数值算例结果表明，所提方法可有效实现多材料微结构的拓扑优化设计，所设计微结构均具有光滑的结构边界和清晰的材料界面。 2024 Vol. 43 (11): 185-193 [摘要] ( 40 ) HTML (1 KB)  PDF (1740 KB)  ( 66 ) 194 高铁荷载下路堤和路堑段地面振动特性现场测试与数值分析 >毕俊伟 1，张继严 2,3，高广运 4，汪益敏 1 对巴黎-布鲁塞尔高速铁路地面振动开展现场测试，对比分析了高铁运行引起的路堤和路堑段地面振动特性以及传播衰减规律。基于2.5维有限元法基本原理，推导并建立了高铁荷载下路堤和路堑段2.5维有限元动力计算模型，详细讨论了路堤和路堑设计参数对地面振动特性的影响。结果表明：距轨道较近处的地面振动幅值主要受列车轴重影响，而距轨道较远处则由中间车相邻转向架轮对的叠加效应主导。高铁运行引起的路堤和路堑段地面振动随与轨道距离增加而减小，中高频成分振动的衰减速率显著大于其他频段。路堤和路堑段地面振动1阶主频主要由列车荷载的基频f1主导，随车速提高逐渐向高频方向移动。路堤和路堑对地面振动的衰减规律有重要影响，路堤段地面振动随与轨道间距的衰减过程可分为两个阶段，而路堑段地面振动衰减过程则可分为三个阶段，且振动在堑顶处有较为明显的局部放大现象。当与路堤段轨道间距≥19.0 m（路堑段≥23.0 m）后，地面振动Z振级VLZ均小于80.0 dB。同时，高铁荷载下地面振动随路堤高度或路堑深度的增加而减小，当超过某一限值时，继续增加路堤高度或路堑深度难以有效减小地面振动。路堤段地面振动随路堤弹性模量的增大而减小。此外，在确保稳定性的前提下，较陡的路堑边坡更有利于减小高铁运行引起的地面振动。 2024 Vol. 43 (11): 194-205 [摘要] ( 32 ) HTML (1 KB)  PDF (4875 KB)  ( 17 ) 206 非高斯测量噪声下的结构响应重构 >祁义博，彭珍瑞 针对非高斯噪声下使用卡尔曼滤波(Kalman Filter, KF)算法进行响应重构时精度下降，甚至重构结果偏差较大的现象，提出一种非高斯卡尔曼滤波(Non-Gaussian Kalman Filter, NGKF)算法进行结构响应重构。首先将L1卡尔曼滤波(L1KF)算法引入结构响应重构，并重新构造了L1卡尔曼滤波算法中的损失函数，其次根据损失函数导出的系数阵惩罚状态方程和观测方程的噪声协方差阵，使KF算法适用于非高斯噪声。最后通过有限的加速度测量信号，结合重构方程计算结构的加速度、速度和位移响应。数值仿真和外伸梁试验均表明所提方法在仅使用有限数量的加速度传感器进行结构响应重构时具有良好的噪声鲁棒性，能有效降低重构误差，改善多种非高斯噪声下使用KF算法进行响应重构时偏差较大的现象。 2024 Vol. 43 (11): 206-216 [摘要] ( 26 ) HTML (1 KB)  PDF (4976 KB)  ( 41 ) 217 基于扭矩闭环的人-车协同转向舒适性控制策略研究 >韦宝侣 1,2,卜腾辰 1,何智成 1,王煜凡 1,彭晓燕 1 为了解决传统电动助力转向系统在变路面附着系数以及载荷变化工况下方向盘力矩的变化影响驾驶员舒适性的问题，本文提出了一种基于修正线性三自由度动力学模型的扭矩闭环人-车协同转向舒适性控制策略。首先，通过驾驶员风格辨识建立横摆角速度与车速、方向盘力矩的非线性关系；其次，根据此非线性关系与操纵动力学稳态特性得到驾驶员期望回正力矩，再通过考虑车厢侧倾以及悬架导向装置变形的修正线性三自由度模型和轮胎模型对回正力矩进行精确计算，进而构建扭矩闭环控制器；然后，经扭矩闭环控制器计算得到的补偿助力力矩与基本助力力矩进行叠加获得最终的控制力矩。最后，通过Matlab/Simulink软件建立扭矩闭环系统仿真模型，验证了修正动力学模型的准确性，同时也验证了所提出的控制策略能有效减小方向盘力矩的波动，提升了驾驶员的舒适性。 2024 Vol. 43 (11): 217-226 [摘要] ( 26 ) HTML (1 KB)  PDF (3097 KB)  ( 5 ) 227 改进CDCGAN的发电机轴承故障诊断方法 >曹洁1,2，尹浩楠1,王进花1,2 在实际工况中，发电机中传感器采集到的故障样本数据有限，使用基于深度学习的方法进行故障诊断存在过拟合问题导致模型泛化能力较差以及诊断精度不高。为了解决这个问题，本文采用样本扩充的思路，提出了一种改进的辅助分类器条件深度卷积生成对抗网络(modified auxiliary classifier conditional deep convolutional generative adversarial network，MACDCGAN)的故障诊断方法。通过对采集的一维时序信号进行小波变换增强特征，构建简化结构参数的条件深度卷积生成对抗网络模型生成样本，并在模型中采用Wasserstein距离优化损失函数解决训练过程中存在模式崩塌和梯度消失的缺点；通过添加一个独立的分类器来改进分类模型的兼容性，并在分类器中引入学习率衰减算法增加模型稳定性。实验结果表明，该方法可以有效的提高故障诊断的精度，并且验证了所提模型具有良好的泛化性能。 2024 Vol. 43 (11): 227-235 [摘要] ( 28 ) HTML (1 KB)  PDF (2736 KB)  ( 14 ) 236 调谐液柱阻尼器-结构系统风致振动响应的CFD/CSD耦合分析方法 >黄鹏，吴玖荣，傅继阳，孙连杨，王加雷 针对调谐液柱阻尼器（TLCD）难以建立其精确的非线性理论分析模型，且其力学性能试验成本高和耗时长等问题，本文首先采用CFD（计算流体动力学）数值模拟方法，对TLCD系统的力学性能和动力特征进行仿真模拟，在此基础上进一步提出了基于计算流体动力学/计算结构动力学（CFD/CSD）耦合分析方法，求解带TLCD系统的高层建筑结构的风致动力响应。通过开展某一TLCD系统在特定底部激励下的力学性能和动力特性试验，得到其内液体晃荡的自由液面波高和晃动力时程，验证了本文CFD数值模拟方法可以准确地分析TLCD水箱内液体的非线性晃动特征。随后对风工程领域广泛采用的76层建筑结构振动控制Benchmark模型，假设其顶部设置TLCD系统时主体结构在三种风速重现期（10、50和100年）风速对应的横风向动力风荷载激励下的风致控制效率，采用本文提出的CFD/CSD耦合分析方法，进行了数值仿真模拟分析。耦合分析结果表明，TLCD系统对Benchmark模型的风致加速度、速度和位移响应均有一定的控制效果，对加速度响应的控制效果要优于对位移响应的控制效果。本文研究方法可为复杂TLCD系统对高层建筑的风振控制分析提供有效的参考。 2024 Vol. 43 (11): 236-245 [摘要] ( 44 ) HTML (1 KB)  PDF (4264 KB)  ( 22 ) 246 基于EMDPWVD时频图像和改进ViT网络的滚动轴承智能故障诊断 >樊红卫1,2，马宁阁1，马嘉腾1，陈步冉1，曹现刚1,2，张旭辉1,2 滚动轴承是机械设备的关键零部件之一，其故障诊断对设备安全稳定运行至关重要。针对滚动轴承振动信号的非平稳特点，提出EMDPWVD时频图像联合改进Vision Transformer(ViT)网络模型的智能故障诊断新方法。首先针对实际信号研究短时傅里叶变换(Short-time Fourier Transform, STFT)、连续小波变换(Continuous Wavelet Transform, CWT)和经验模态分解联合伪魏格纳分布(Empirical Mode Decomposition & Pseudo-Wigner-ville Distribution, EMDPWVD)三种时频分析方法，考虑STFT和CWT无法同时获得高的时间分辨率和频率分辨率，优选EMDPWVD作为智能故障诊断网络的时频图像构造方法。其次，以经典ViT作为故障诊断基础模型，将时频图像按照预定尺寸分块并线性映射为输入序列，通过自注意力机制整合图像全局信息，借助堆叠Transformer编码器完成网络传输，进而实现故障诊断。为进一步提高故障诊断准确率，将池化层作为ViT的预处理网络，获得改进的Pooling ViT(PiT)模型，实现时频图像的空间特征延展，提升模型对输入图像敏感度。结果表明，所提方法对滚动轴承不同故障类型均有高的诊断准确率，PiT较ViT的准确率提高4.40%，证明对ViT加入池化层能够实现滚动轴承故障诊断效果提升。 2024 Vol. 43 (11): 246-254 [摘要] ( 30 ) HTML (1 KB)  PDF (2362 KB)  ( 72 ) 255 考虑瓦块磨损的可倾瓦径向轴承-转子系统动态特性研究 >章朝栋 1,2， 余文念 1,2，张路 1,3 针对含有瓦块磨损故障的可倾瓦径向轴承-转子系统润滑和振动特性耦合建模问题，考虑了瓦块磨损、转子与瓦块平摆振动和轴承混合润滑的影响，提出了可倾瓦径向轴承-转子系统的混合润滑动力学模型，研究了不同磨损率下转子振动特性和轴承润滑性能的动态响应，探明了转子偏心量、转速和预载荷系数等参数与磨损率的耦合作用对轴承-转子系统动态特性的影响。结果表明：转子在磨损瓦块位置的振动位移和振动加速度随磨损率的增加而增大；与无磨损轴承相比，磨损轴承的转子加速度峰值频率会额外激起转频的偶次倍频；多瓦块磨损会导致转子振动响应和轴承油膜压力显著增大。该研究结果可为可倾瓦径向轴承-转子系统的状态监测及故障识别提供理论参考依据。 2024 Vol. 43 (11): 255-263 [摘要] ( 21 ) HTML (1 KB)  PDF (2825 KB)  ( 5 ) 264 基于改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法研究 >闫鹏1，张云鹏1，2，侯善营1，张为为3，杨曦1，2 针对经验模态分解（EMD）存在模态混叠和降噪效果不佳的问题，依据分解—正交—聚类—降噪—重构的思想，提出了改进EMD-小波包的爆破振动信号降噪方法。该方法融合了核主成分分析（KPCA）的正交性、K-means算法的聚类特性以及小波包的降噪优势，不仅可以消除EMD的模态混叠，也具有良好的降噪效果。研究结果表明：与CEEMDAN和EMD方法相比，在模拟信号降噪试验中，改进EMD-小波包方法的信噪比（7.9dB）最大，均方根误差（2.96）最小。在实测爆破振动信号降噪中，改进EMD-小波包方法降噪后的信号与原始信号相关系数最大为0.91。改进EMD-小波包和CEEMDAN方法的降噪效果相对理想，且改进EMD-小波包方法对10-60Hz低频信号能量保存效果较好，对60Hz以上中高频噪声的滤除效果最好。 2024 Vol. 43 (11): 264-271 [摘要] ( 37 ) HTML (1 KB)  PDF (2659 KB)  ( 58 ) 272 台风“苏迪罗”行进过程中沿海近地实测风场特性研究 >张建国，温祖坚，雷鹰 基于厦门大嶝岛台风观测点阵列布置风速仪的现场实测，选取了1513号台风“苏迪罗”在四个不同时间段的风速风向数据，对台风行进过程中的沿海近地风场特性进行了详细分析，得到了台风中心距离观测点400公里、250公里、150公里和120公里时的沿海近地平均风速风向、风剖面、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和功率谱密度函数等参数，研究了各种参数同台风中心距和观测高度之间的关系，结果表明：在台风行进过程中，观测点所测风速的平均风速剖面满足对数律规律，粗糙长度z0约为4.0米。阵风因子和湍流度变化较为平缓，二者呈线性变化关系。三个方向上的湍流度比值约为1:0.8:0.45，湍流积分尺度离散性大，顺、横风向的功率谱密度函数符合von Karman谱的形式，但竖直方向不符合。该结果对深入了解台风在行进中对固定观测点的影响以及提高沿海工程结构的抗风安全性具有实际意义。 2024 Vol. 43 (11): 272-278 [摘要] ( 24 ) HTML (1 KB)  PDF (2522 KB)  ( 35 ) 279 基于遗传算法优化稀疏分解的防护涂层测厚研究 >刘易奕1，陈尧1，李秋锋1，王志刚2，王海涛3 针对采用高频超声水浸法检测装配式钢结构的防护涂层厚度的仿真实验中，防护涂层的界面反射回波相互混叠，导致无法提取涂层的时域信息的问题，利用基于遗传算法优化稀疏分解中的匹配追踪过程对混叠信号进行分离与重构。该算法在构建的Gabor原子库中，利用遗传算法对最佳原子参数的搜索过程进行优化，同时将传统稀疏分解匹配追踪算法中的内积运算优化为互相关运算，从而优化了稀疏分解的运算效率。与金相检测涂层厚度的结果相比较，该改进算法的检测相对误差为2.50%，在可接受的范围内，且较传统稀疏分解匹配追踪算法5.01%的检测相对误差的检测精度高，同时运算速度得到较大提升。 2024 Vol. 43 (11): 279-287 [摘要] ( 39 ) HTML (1 KB)  PDF (1804 KB)  ( 5 ) 288 超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁受弯性能研究 >常跃 1，黄俊旗 1,2，种迅 1,2，赵猛 1，蒋庆 1,2，冯玉龙 1,2 超高性能混凝土（UHPC）由于较高的强度和耐久性可作为理想的加固材料。首先基于已有试验结果，研究了可合理考虑加固层和混凝土梁接触面间粘聚力接触的UHPC加固钢筋混凝土梁精细有限元模型建模方法。在此基础上，建立了162个加固梁的有限元模型进行了数值模拟分析，研究了不同加固筋截面积、加固层厚度以及加固层有无拼缝等关键参数对构件破坏模式和承载力的影响规律。研究结果表明：考虑粘聚力接触的数值模型可以较好的模拟UHPC加固钢筋混凝土梁的受弯性能；加固层厚度与加固筋截面积均会影响试件破坏模式与承载力提升幅度，但对于含拼缝试件，加固层厚度对上述性能影响较小。 2024 Vol. 43 (11): 288-296 [摘要] ( 24 ) HTML (1 KB)  PDF (3819 KB)  ( 8 ) 297 自构建关联噪声下的随机共振及其在故障诊断上的应用 >徐海涛 1,2， 杨涛 1,2，周生喜 1,2 轴承作为旋转机械的重要组件之一，及时对其进行健康监测与更换可有效避免设备停机，减少经济损失。本文首先基于自构建关联噪声驱动下的随机共振系统（Stochastic Resonance System Driven by Self-constructingly Correlated Noise, DSCSR），推导了在正弦激励下该系统输出的理论信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）。研究发现通过调节此非线性系统的参数可观察到随机共振现象。其次，针对将随机共振现象用于故障诊断时需要准确的先验知识这一局限性，本文进一步提出了基于功率谱的信噪比评价指标，并以此来确定非线性系统随机共振发生时的最优系统参数，对最优参数系统输出信号进行功率谱分析来判断故障类型。最后，通过轴承故障诊断实验以及实际风机轴承内圈故障实例证明了DSCSR方法的有效性，以及其增强微弱故障特征并抑制其他谐波以及噪声的干扰的能力。 2024 Vol. 43 (11): 297-305 [摘要] ( 28 ) HTML (1 KB)  PDF (3680 KB)  ( 12 ) 306 基于评价指标转换法的地铁环境振动烦恼度研究 >马蒙，王婷婷，王佳欣 为研究地铁环境振动水平与人体主观烦恼度感受之间的关系，采用指标换算法，推导了最大Z振级VLz,max与四次方剂量值VDV之间的转换关系，并通过现场测试对转换公式中的待定系数进行了拟合。借鉴基于VDV指标的暴露-响应关系研究成果，得到了基于VLz,max指标的暴露-响应曲线，初步实现了基于我国国标推荐指标的居民振动烦恼度评价。研究表明：单位时间内过车数目增多会导致人体产生烦恼度的比例增加；国标GB10070、GB/T50355和GB55016中推荐的振动限值所对应的居民烦恼度，与国外标准中限值所对应的烦恼度基本一致，最严格限值对应的高度烦恼度比例约为3%。 2024 Vol. 43 (11): 306-311 [摘要] ( 33 ) HTML (1 KB)  PDF (1362 KB)  ( 54 ) 312 基于HVSR方法的上海市典型场地特征研究 >赵鹏1,2，韦晓1,3，胡峻1,2 上海市强震台网获取了2020年5月3日日本九州6.0级地震等多次强震记录。通过对地震记录进行分析处理，分别计算了每个强震台站的H/V谱比曲线，结合上海市地质调查研究院的基岩埋深分布图，得到了每个台站的基阶共振频率与沉积层厚度。结果表明：（1）H/V谱比曲线峰值与沉积层厚度存在明显相关性，并且通过数据拟合建立了上海市沉积层厚度与基阶共振频率的经验公式，绘制了上海市场地基本周期分布图，可以为上海市抗震设防提供一定的参考。（2）厚沉积层场地上地震记录的谱比曲线会出现多个峰值，第二个峰值代表了沉积层的高阶共振频率。（3）通过数据拟合得到上海地区剪切波速与沉积层厚度的经验公式。 2024 Vol. 43 (11): 312-319 [摘要] ( 52 ) HTML (1 KB)  PDF (2887 KB)  ( 12 ) 320 冲击荷载下高强混凝土动力特性及破碎特征研究 >韩长君,周海龙,王海龙 为探究粉煤灰替代率和细集料类型对高强混凝土冲击压缩性能的影响，以粉煤灰替代水泥比例为0、10%、15%、20%、25%为胶凝材料，玄武岩机制砂和天然砂为细集料配制C80高强混凝土，利用分离式霍普金森杆对其开展冲击压缩试验，计算破碎体分形维数量化混凝土破碎特征，并借助扫描电镜（SEM）分析混凝土微观形貌。结果表明：机制砂混凝土（MSC）的峰值应力和韧性均高于天然砂混凝土（NSC）；随着粉煤灰替代率增加，混凝土峰值应变逐渐降低；当粉煤灰替代率10%时，混凝土的峰值应力和韧性均达到最高值，且破碎体分形维数最小、平均块径最大、综合表现的破碎特征最简单；与未掺粉煤灰组混凝土相比，粉煤灰替代率10%时混凝土的微观形貌致密，孔隙数量减少，整体密实度提升。 2024 Vol. 43 (11): 320-326 [摘要] ( 78 ) HTML (1 KB)  PDF (2378 KB)  ( 54 )

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