• 2023年第36卷第5期文章目次
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    • 主动电磁轴承‑柔性转子系统的不同位效应

      2023, 36(5):1179-1190.

      摘要 (1176) HTML (55) PDF 4.47 M (271) 评论 (0) 收藏

      摘要:在电磁轴承支承的柔性转子系统中,由于结构的限制,位移传感器无法安装在电磁轴承的中心位置,因而产生了传感器中心位置与电磁轴承中心位置的不同位问题。电磁轴承和位移传感器的不同位不仅会影响转子系统的振动控制性能,还会导致控制系统失稳。应用有限元法建立了电磁轴承?柔性转子系统的动力学模型;从转子系统动力学特性、开环传递函数的零极点、频率响应曲线以及根轨迹等四个角度分析了不同位对电磁轴承?柔性转子系统动力学特性的影响;用多输入多输出的状态方程确定了不稳定模态特征值的具体位置,提出了减小控制器增益和插入式自适应陷波器等抑制不稳定弯曲模态的方法;在电磁轴承?柔性转子试验台上进行了试验。仿真和试验结果表明:不同位效应会通过影响模态信号的衰减而影响转子系统的稳定性,所提出的方法可在一定程度上抑制不同位导致的弯曲模态的不稳定。

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    • 计入结构柔性的风电齿轮箱行星轮系动力学特性研究

      2023, 36(5):1191-1203.

      摘要 (942) HTML (18) PDF 6.41 M (332) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规梁/壳单元无法考虑复杂构件几何特征、计算精度低和大规模有限元计算量大、系统级建模与动态分析困难的问题,提出一种计入结构柔性的行星轮系变速动力学建模方法。以某型 5 MW 级风电齿轮箱低速级行星轮系为研究对象,根据内齿圈结构及边界特征,采用有限元缩聚理论建立内齿圈轮齿与弹性支撑的耦合关系,通过引入啮合副变速表征变量和内齿圈虚拟振动线位移,将驱动轮转角与行星轮系多轮齿啮合状态进行关联,并计入行星架和太阳轮轴柔性,利用界面位移协调条件将各构件耦合,建立行星轮系变速动力学模型。研究结果表明,当5 个行星轮受力平衡时,内齿圈轮齿节点瞬态变形整体呈“五角星”形状,并随着行星架旋转;行星轮系轮齿动载荷先增大后减小,变化趋势与单对齿啮合刚度相似;稳态工况下的内齿圈轮齿节点振动位移呈现大幅低频波动和高频振动的叠加特征;输入扭矩突变会破坏多个行星轮之间的动载荷平衡,而柔性内齿圈可在一定程度上吸收部分因冲击载荷引起的构件振动,提高了均载性能。

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    • Clough‑Penzien 功率谱模型参数的识别与统计建模及应用

      2023, 36(5):1204-1215.

      摘要 (19) HTML (16) PDF 3.04 M (201) 评论 (0) 收藏

      摘要:地震动的 Clough?Penzien 功率谱(简称“C?P 谱”)模型具有明确的物理意义,但是该模型需要识别的参数较多;而普通最小二乘(OLS)算法存在对数据的非线性识别初始值选择要求高、无法快速有效实现对大批量参数的精确识别等缺点。本文采用自适应加权粒子群优化(AWPSO)算法,基于典型的地震记录对 C?P 谱模型参数进行识别。结果表明:AWPSO 算法识别的精度相比于 OLS 算法至少提升 2.3%,且在计算效率方面具有较大的提升。从地震记录数据库中挑选出 4159 条地震记录,按照建筑抗震设计规范中的场地分类标准对其分组,采用 AWPSO 算法对各类场地的 C?P 谱模型参数进行识别和统计。采用 K?S 检验、A?D 检验及 AIC 准则,确定了各参数的最优概率分布模型,并进一步计算了各参数之间的相关系数,建立了 C?P 谱模型的联合概率密度函数。采用 Latin 超立方抽样方法,得到了场地的统计抽样 C?P 谱模型,与规范转换的功率谱进行了对比分析,利用功率谱迭代修正的人工地震动合成方法,生成了具有场地特性的人工地震记录。

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    • 某空气舵系统非线性建模及参数识别

      2023, 36(5):1216-1222.

      摘要 (722) HTML (16) PDF 1.04 M (178) 评论 (0) 收藏

      摘要:可靠的空气舵系统动力学模型对飞行控制系统设计非常重要。以某飞行器空气舵系统为对象,考虑运动副间隙和摩擦,研究系统非线性动力学建模问题。分别基于 Coulomb 摩擦模型和 Stribeck 摩擦模型建立了系统的四参数和六参数动力学模型;采用系统频响测试数据和参数辨识方法考察了模型的可靠性;改进 Coulomb 摩擦模型,提出系统的五参数非线性动力学模型。研究结果表明,用五参数模型拟合不同工况测试数据,获得的系统参数一致性优于四参数和六参数模型,可靠性更高。

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    • 基于 ACVMD⁃WT 法的 GNSS⁃RTK 高耸结构动态监测与模态分析

      2023, 36(5):1223-1233.

      摘要 (873) HTML (28) PDF 3.55 M (160) 评论 (0) 收藏

      摘要:为对高耸结构的安全性能进行评估,采用 GNSS‐RTK 技术对天津广播电视塔进行动态监测。对监测误差及噪声进行分析,基于变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)和小波阈值(wavelet threshold,WT)提出了 ACVMD‐WT 算法。通过模拟信号验证了 VMD 比添加自适应噪声的完备集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)的信号重组能力更强。利用所提算法对水平方向信号进行降噪并得到结构的模态参数。结果表明:水域环境易引起背景噪声,对监测结果产生不利影响 ;ACVMD‐WT 滤波实现了对信息分量的有效筛选,降噪前后信号具有较强的相关性;相比集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD),CEEMDAN 以及 CEEMDANWT,所用算法的降噪效果更佳;由降噪后信号更好地获取到结构的前三阶频率及阻尼信息,其中一阶频率与有限元分析的相对误差为 0.189%,第三阶频率相对误差最大值仅为 4.054%,提高了模态频率辨识度和准确度。

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    • 采用 BP 神经网络优化的振动信号压缩感知方法

      2023, 36(5):1234-1243.

      摘要 (984) HTML (14) PDF 5.07 M (168) 评论 (0) 收藏

      摘要:无线传感网络逐渐应用于结构健康监测,但是因能耗问题难以实现长期、高频的数据采集工作。压缩感知技术可利用少量的采样点重构原始信号,有望降低无线传感网络的能耗。实测振动信号因受到噪声干扰而导致稀疏性有限,常用于压缩感知的 LASSO 算法难以精确求解稀疏系数,进而影响振动信号重构效果。引入 BP 神经网络优化 LASSO 算法解得的稀疏系数,BP 神经网络经 ADAM 优化算法训练后,可有效提升振动信号重构精度。用三层框架结构的模拟加速度数据和广州塔的监测加速度数据验证方法的有效性,并探讨了正则化参数和优化迭代次数的影响。结果表明,基于 BP 神经网络优化的压缩感知方法的信号重构效果在不同压缩率下均优于非优化的压缩感知方法。

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    • 多激励下结构反共振频率的计算和配置

      2023, 36(5):1244-1250.

      摘要 (64) HTML (16) PDF 1022.27 K (191) 评论 (0) 收藏

      摘要:反共振频率是指结构在激励力作用下,某个自由度的振动响应为零的频率,其在结构的局部振动控制中具有重要意义。提出了一种结构在多激励作用下反共振频率的计算方法,并基于该计算方法和部分特征结构配置方法实现了结构在多激励作用下反共振频率的配置。基于结构的质量阵、刚度阵和激励力向量构造出一个线性矩阵,该矩阵的特征值即为多激励作用下结构的反共振频率。分别以线性面载荷激励的矩形板和多个激励下的弹簧质量系统为例,计算了反共振频率,并使用质量阵/刚度阵修改方法和附加简单振子方法配置了结构的反共振频率。数值结果验证了计算方法和配置方法的准确性。

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    • 求解动态子结构的大质量界面虚拟激励法

      2023, 36(5):1251-1257.

      摘要 (43) HTML (19) PDF 1.93 M (134) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高大型结构随机激励的计算效率,解决不同类型组合结构的动力求解问题,提出一种动态子结构求解方法。在各子结构界面的质量矩阵上分别附加大质量单元,并直接在大质量单元上施加两次不同幅值的虚拟激励荷载,确保相邻子结构界面上的加速度响应协调;根据不同子结构界面上的内力平衡条件和线性关系建立界面力平衡方程组,求解出能够保证各子结构之间加速度响应和内力同时协调平衡的虚拟激励荷载幅值;通过求出的虚拟激励荷载分别计算各子结构的真实响应。该方法与传统的模态综合法相比,避免了模态坐标和物理坐标的反复转换,并能直接考虑子结构的高频特性;与机械导纳法相比,减小了综合方程规模,求解更为简便,并适用于外荷载激励和地震下基础加速度激励同时输入的情况。最后通过不同类型的仿真算例验证了该方法的正确性。

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    • 变厚度旋转圆柱壳的自由振动研究

      2023, 36(5):1258-1265.

      摘要 (814) HTML (23) PDF 1.09 M (263) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高旋转圆柱壳结构的使用性能和工作效率,减轻其质量已成为有效方式之一,针对这一需求,旋转圆柱壳结构有设计为厚度沿轴向变化即变厚度的趋势。基于此,利用 Chebyshev?Ritz 方法,对厚度沿轴向有 3 种线性变化形式的变厚度旋转圆柱壳的自由振动进行研究。考虑科氏力与离心力的影响,基于 Sanders 壳理论,将圆柱壳的位移场近似展开为 Chebyshev 多项式与边界函数乘积的形式,计算变厚度旋转圆柱壳的动能与势能,再根据 Ritz方法获得变厚度旋转圆柱壳的频率方程。在此基础上,将所得结果与已有文献中的结果进行比较,验证了建模方法的准确性,并对计算结果进行了收敛性研究。最后比较了不同厚度变化形式下旋转圆柱壳的自由振动,并讨论了转速、厚度变化参数、圆柱壳长径比等参数对变厚度旋转圆柱壳自由振动的影响。

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    • 交流电机驱动弹性连杆式振动机械的Sommerfeld 效应分析

      2023, 36(5):1266-1272.

      摘要 (36) HTML (19) PDF 1.66 M (133) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对一类由交流电机驱动的弹性连杆式振动机械,研究了该非理想振动系统中的 Sommerfeld 效应。基于拉格朗日方程,引入交流电机的数学模型,建立了该振动系统的机电耦合动力学方程。应用平均法,推导了系统一次近似解析解及稳态运动时的电机运动方程。根据一次稳定性判别法,获得该系统的三个稳定性条件。通过对理论结果进行数值分析发现,交流电机驱动的非理想振动系统必须考虑机电耦合作用,因为其幅频特性曲线也具有硬式非线性特征。对存在转速跳跃现象的案例进行分析发现,其产生原因均是电机运动方程本身是超越方程,存在多根现象。需要将参数代入稳定性条件判断哪个状态是稳定的。上述理论结果通过时域仿真得到了验证。对质量、主振刚度、传动刚度、偏心半径和电机阻尼等系统参数进行了定量的数值讨论,可以为该类振动机械参数设计提供依据。

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    • 考虑碾压状态的振动压路机-路基耦合动力学分析

      2023, 36(5):1273-1279.

      摘要 (46) HTML (11) PDF 2.58 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究振动压路机钢轮在振动压实作业不同阶段的动力学响应,引入状态向量 σ 来描述钢轮与路基之间的相互作用,引入塑性参数 ε 来描述路基的弹塑性状态,建立了振动压路机?路基耦合动力学模型。基于该模型,采用数值积分的方法,得到了钢轮响应的时间历程、相图、频谱、庞加莱截面、分岔图等,对不同塑性参数路基上钢轮的动态响应进行了分析。结果表明:随着压实作业的进行,振动压路机钢轮会经历“单周期运动?倍周期运动?混沌运动”的动力学演化,在单周期运动时存在与路基持续和周期性失去接触的工况,在倍周期以及混沌运动时出现“跳振”现象。

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    • 非对称、变势能阱三稳态压电振动能量采集器特性研究

      2023, 36(5):1280-1291.

      摘要 (47) HTML (28) PDF 5.18 M (164) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升压电振动能量采集器的综合输出性能,提出了一种具有非对称、变势能阱的三稳态压电振动能量采集器,它由一个末端带磁铁的压电悬臂梁以及一对可随弹簧拉伸和压缩而变动的外部磁铁构成。外部磁铁固定在水平弹簧自由端并与基座相连,且能够随着弹簧压缩和拉伸发生水平移动和转动,从而使系统产生非对称且随时间变化的势能阱。基于点磁荷法和拉格朗日函数,建立了压电振动能量采集系统的非线性磁力模型和分布参数动力学模型;仿真分析了磁铁间距离以及加速度和弹簧刚度等参数对系统势能及其动力学响应特性的影响规律。研究结果表明:弹簧拉压是产生非对称、变势能阱的主要因素;弹簧刚度使非对称势能阱的深度变浅,使采集器更易进入大幅阱间振动状态;随着弹簧刚度的增大,采集器输出电压随之先增大后减小。在低激励振幅下,非对称、变势阱能量采集器比传统对称势阱采集器有更广的频带宽度和更高的采集效率。

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    • 振动波分离引起的能量耗散性能分析

      2023, 36(5):1292-1299.

      摘要 (31) HTML (12) PDF 1.84 M (130) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过在结构上附加阻尼弹簧支撑,利用非经典阻尼引起的模态复化效应使系统产生振动局部化现象,研究了简支梁结构在简谐位移激励作用下振动响应的抑制问题。采用波传播法描述结构的位移响应,利用阻尼弹簧支撑限制行进波分量向梁左侧区域的传播,从而实现了行波和驻波的空间分离和振动能量的定向传递。采用振动功率流方法分析了结构中的波形转换、能量储存和流动,确定了振动能量的流动方向。详细研究了阻尼弹簧支撑设计对梁结构振动能量的耗散作用,揭示了行波与驻波分离发生时刻振动能量的传递规律。通过典型算例,充分展示了利用阻尼弹簧支撑抑制结构振动响应的效果。探讨了激励频率、支撑刚度、位置和阻尼系数等参数对振动能量耗散性能的影响,比较了不同设计方案的抑振效果和能量耗散状况。

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    • 非典型边界轴向移动绳的行波解及振动抑制

      2023, 36(5):1300-1308.

      摘要 (25) HTML (18) PDF 1.96 M (144) 评论 (0) 收藏

      摘要:轴向移动绳系统广泛存在于工程设备中,因横向振动问题影响设备的正常运行而备受关注。针对具有非典型边界的轴向移动绳系统,应用行波反射叠加法,拓展了其在任意周期以及在给定初始条件均布简谐激励条件下的振动响应及能量解析解的求解。以边界控制进行振动抑制的方法具有简单、经济等优点。在轴向移动绳系统边界处设置质量?阻尼?弹簧的控制器以及控制力执行器,根据最优阻尼以及反射行波的振动抑制条件设计执行器的控制力,在第一个周期后快速抑制系统的横向振动,通过仿真体现自由和受迫振动时振动抑制的有效性。

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    • 多频未知时变扰动下的结构微振动鲁棒自适应控制

      2023, 36(5):1309-1317.

      摘要 (30) HTML (29) PDF 2.10 M (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对多频窄带未知和时变扰动,基于内模原理和 Y?K 参数化方法,提出一种反馈鲁棒自适应振动的主动控制算法。该算法通过设计 PID 中央鲁棒控制器,有效解决了次级通道模型未知情况下的鲁棒控制器参数设计问题。同时提出一种变步长最小均方(Variable Step Size Least Mean Square,VSSLMS)方法,可以在保证稳态误差的基础上大幅提升收敛速度,并通过系统辨识实验验证了所提 VSSLMS 方法相较于其他 VSSLMS 算法在收敛性能上的优越性。通过结构微振动主动控制实时实验,对比验证了单独采用滤波 x 最小均方(Least Mean Square,LMS)自适应控制算法、基于 LMS 算法的鲁棒自适应控制算法和基于 VSSLMS 算法的鲁棒自适应控制算法的抑振效果。实验结果表明,本文基于 VSSLMS 算法的鲁棒自适应控制算法在面向双频正弦窄带扰动以及其频谱、幅值突变情况时,都具有较好的收敛性和鲁棒性。

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    • ABC 共轴直升机旋翼/机身耦合振动响应分析

      2023, 36(5):1318-1325.

      摘要 (35) HTML (11) PDF 2.47 M (140) 评论 (0) 收藏

      摘要:前行桨叶概念(Advanced Blade Concept, ABC)共轴直升机具有较大的振动问题,为研究振动机理,建立了ABC 共轴旋翼/机身耦合气动弹性模型,其中桨叶采用有限元梁模型,机身采用精细有限元模型。为提高耦合模型的气动弹性响应分析精度,结合传统 CFD/CSD 耦合分析方法与自由尾迹,提出了 CFD/CSD/自由尾迹耦合计算方法,解决了传统方法的尾迹耗散问题,并保证了计算效率。基于此方法建立了 ABC 共轴直升机旋翼/机身耦合气弹响应分析方法。以样例 ABC 共轴直升机为研究对象,总结了重点位置振动响应随前进比和旋翼交叉角的变化规律,并得出了一些有意义的结论。

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    • 高速动车组抗蛇行减振器参数优化研究

      2023, 36(5):1326-1334.

      摘要 (52) HTML (18) PDF 2.72 M (176) 评论 (0) 收藏

      摘要:蛇行运动是轨道车辆的固有属性,随着高速铁路的发展,高速动车组稳定性问题越来越突出,抗蛇行减振器对于车辆稳定性具有重要影响,通过优化抗蛇行减振器参数可以有效提升高速动车组运行性能。本文建立高速动车组车辆动力学模型,利用超拉丁采样选取减振器设计参数,并采用 KSM 模型进行动力学响应分析,最后采用 NS?GA?Ⅱ算法对抗蛇行减振器参数进行优化,并对优化前后的动车组动力学性能进行对比。结果表明:优化后参数下,XP55 标准车轮临界速度提高 15.28%,达到 463.8 km/h, XP55 磨耗车轮临界速度提高 13.71%。优化后参数进一步提升了车体的平稳性和舒适度,轮轴横向力减小。同时优化后参数降低了新轮工况和磨耗车轮工况下的车体和转向架横向加速度幅值,抑制了车辆横向振动。分析了减振器参数优化对接触点位置和车轮磨耗指数的影响,优化后参数减小了车轮横向接触点横移,速度为 250 km/h 时,XP55 标准车轮磨耗指数减小 14.65%,XP55 磨耗车轮磨耗指数减小 15.8%。因此,抗蛇行减振器参数优化后可以有效提高车辆稳定性和运行性能。

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    • 用于直升机舱内降噪的智能周期撑杆研究

      2023, 36(5):1335-1348.

      摘要 (36) HTML (12) PDF 4.54 M (197) 评论 (0) 收藏

      摘要:直升机主减速器内的齿轮啮合引起的中高频振动是直升机舱内噪声的主要来源之一,通过设计具有隔振性能的减速器撑杆可以有效抑制传递到机体的振动,进而减小齿轮啮合诱发的舱内噪声。基于压电叠堆/橡胶周期结构,提出了一种适用于直升机舱内降噪的主动/被动混合振动控制的智能周期撑杆,在满足强度与刚度要求的同时,具有优良的多频与宽频减振能力。压电叠堆与橡胶材料周期排列组成周期结构,其在特定频率范围内具有“机械滤波”特性;同时,通过调节驱动压电叠堆的电压与电流,改变压电叠堆的动刚度,可实现主动减振的功能。为了对智能周期撑杆的主动/被动混合振动控制性能进行分析,建立了基于传递矩阵形式的智能周期撑杆的机电耦合动力学模型,并使用多物理场仿真软件验证了模型的正确性。进一步基于该模型分析了在驱动电压与电流有限的条件下的智能周期撑杆的最优隔振性能:在智能周期撑杆一端固支、一端受到 10 N 的激振力时,最大驱动电压为 20 V、最大驱动电流为 1 A 的电学边界限制下,该智能周期撑杆具有将 692 Hz以上的振动完全衰减的能力,对 692 Hz以下的振动有一定程度的控制效果。此外,还研究了材料参数与力学边界条件对主动控制的影响,即橡胶材料的阻尼、激振力对进行主动控制时需要的驱动电压与电流的影响。使用有限元模型校核了智能周期撑杆的强度与刚度,验证了所提出的智能周期撑杆方案的工程可行性。使用压电叠堆作动器与聚酯乙烯杆件组成一个三周期的压电叠堆周期撑杆作为智能周期撑杆的简化模型,验证了主动/被动混合振动控制性能,分析了力学边界条件对隔振性能的影响,以及进行主动控制时的驱动电压和电流与最优驱动电压和电流的关系。

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    • 极限梯度提升声品质预测模型在车内噪声主动控制中的运用

      2023, 36(5):1349-1355.

      摘要 (27) HTML (31) PDF 2.18 M (127) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对特种车车内噪声声品质提升问题,利用极限梯度提升(XGBoost)算法建立声品质预测模型,模型预测值与实际主观评价值的平均相对误差为 2.43%,分析得到客观参数对主观分数的影响权重;针对车内噪声非线性、非平稳性的特点,提出一种基于经验模态分解( Empirical Mode Decomposition,EMD)和滤波?x 最小均方(Filtered?x Least Mean Square, FxLMS)算法相结合的主动控制方法,预测模型结果表明,主观分数提升 2.11,提升幅度为26.6%。此方法对特种车内噪声非线性、非平稳性具有良好的控制效果,能有效改善车内声品质。

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    • 卡固件固定馆藏文物的抗震效果及优化设计研究

      2023, 36(5):1356-1370.

      摘要 (37) HTML (12) PDF 8.97 M (113) 评论 (0) 收藏

      摘要:为评估博物馆中最常用的卡固件措施对馆藏文物的抗震固定效果并对此措施进行优化设计,开展较大尺寸、不同体型的典型地震易损文物复制品(瓷器梅瓶)?固定措施抗震系统在不同工况下的振动台试验,获得影响文物复制品运动状态的关键体型参数,并探讨采用独立卡固件固定较大尺寸文物的抗震有效性。基于试验结果,建立文物?固定措施抗震系统数值预测方法,开展关键影响因素的参数分析,获得地震作用下能够有效固定不同体型文物所需的最小卡固件尺寸,为兼顾安全性及最小干预原则的固定措施优化设计提供必要依据。结果表明:相比圆柱卡固件,随形卡固件可以有效固定更大尺寸的文物;对于重心位置较高的不均匀分布体型文物,高度、轮廓宽度、底面直径(面积)会显著影响其动力响应与相互作用行为,轮廓宽度/底面直径以及高度/底面直径越大摇摆响应越明显;为保证文物安全,建议卡固件与文物间安装缝隙不大于 2 mm;在缝隙中填充橡胶垫及硅胶垫可使文物与卡固件间相互作用力降低 60%~70%,有效防止文物受到局部损害;当文物体型超过一定限值时,独立卡固法不再适用,建议采取卡固件+鱼线组合固定措施;采用圆柱卡固件固定后与纯浮放状态相比摇摆响应增加的文物,宜采用随形卡固件或组合固定措施。

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    • 核电厂隔震结构附加侧向阻尼系统分析模型及减震效果

      2023, 36(5):1371-1379.

      摘要 (21) HTML (11) PDF 3.75 M (146) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出对半埋置/全埋置小堆三维隔震结构附加侧向黏滞阻尼的混合控制系统,达到同时控制水平加速度、水平位移以及摇摆反应且不影响竖向隔震效果的目的。基于隔震层及侧向阻尼系统变形分析,建立考虑隔震层平动及摇摆的耦合效应和侧向阻尼器协调转动变形的刚体动力学模型。基于 RG1.60 谱选取 30 条地震输入信号开展参数分析,探究阻尼布置参数、附加阻尼力参数及阻尼滞回形状参数对减震效应的影响。研究发现合理的附加阻尼力与隔震层出力比值区间为 10%~20%,最优参数下水平加速度位移可同时分别减小 20%,40%,最大摇摆反应减小70%。选取合理阻尼参数对某真实核电厂模型进行案例分析,摇摆角、加速度、隔震层位移等地震响应指标均减小,边支座受拉现象消失,案例数值模拟结果与参数分析规律一致,也与理论分析吻合。

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    • 考虑地基土体参数空间变异性隔震结构的SSI 效应可靠性分析

      2023, 36(5):1380-1389.

      摘要 (29) HTML (17) PDF 2.66 M (145) 评论 (0) 收藏

      摘要:土体弹性模量的空间变异性不仅影响输入地震波的特性,考虑 SSI 效应后还会增加隔震结构动力响应的随机性,影响结构的可靠度。为探究土体弹性模量的空间变异性对隔震结构地震动力响应的影响,将随机场模拟技术与有限元分析结合,实现基于蒙特卡罗模拟的动力“非侵入”随机有限元计算。以典型大底盘隔震结构振动台试验为例,进行确定性与随机有限元分析,计算结构相关响应参数,并使用 AIC(Akaike Information Criterion)准则判定响应参数的最优边际分布。结果表明:考虑土体参数空间变异性后,不均匀软土对低频率地震波幅值的放大效应比均质软土更加明显,傅氏谱的峰值增大约 14.2%,且谱值分布整体向低频集中;确定性分析低估了 SSI 效应对隔震结构隔震层加速度的放大作用及隔震层以上楼层的位移响应;经 AIC 准则检验,使用正态或对数正态分布描述数据的分布并不总是可靠的,需判定最优的拟合边际分布,从而为结构隔震提供更加合理的设计依据。

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    • 残损古建筑木结构的地震易损性分析

      2023, 36(5):1390-1401.

      摘要 (23) HTML (16) PDF 5.37 M (152) 评论 (0) 收藏

      摘要:为评估残损古建筑木结构的抗震性能,基于完好(不考虑榫卯节点松动)古建筑木结构模拟振动台试验,获得了完好结构的破坏特征、模态参数、动力响应曲线等。采用 OpenSees 有限元程序建立了完好和考虑节点松动的残损结构的精细化计算模型,对比分析了完好计算模型和试验模型的模态参数和动力响应曲线。以地面峰值加速度(PGA)和最大层间位移角作为地震动强度指标和反应参数对残损模型进行增量动力分析(IDA),通过对各模型进行地震概率需求分析研究了残损模型的地震易损性。结果表明:完好计算模型与试验模型的主要模态参数相差小于 10%,柱脚和柱顶动力时程响应曲线基本一致,表明了计算模型分析的合理性和正确性;残损模型回归概率地震需求函数的决定系数介于 0.83578~0.85761,较接近 1,表明线性回归函数与数据点具有较高的相关度;当古建筑木结构的节点残损程度达到 13.3% 时,残损结构已不满足现有规范对结构抗震设防的要求,必须立即对其进行加固和修复。

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    • RC 隔震框架缩减自由度子结构耦合混合试验研究

      2023, 36(5):1402-1410.

      摘要 (26) HTML (17) PDF 3.12 M (150) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出基于 GPU 并行计算、缩减自由度及考虑隔震支座非线性耦合力学特性的隔震结构混合试验模拟方法,准确地评估地震作用下隔震层橡胶隔震支座与上部结构耦合的真实响应特点。通过数值模拟的方法对上部结构各楼层的恢复力性能进行分析,将上部结构简化为非线性 MDOF 剪切模型;结合隔震支座的拟静力试验建立考虑非线性耦合的隔震支座模型,得到该结构的缩减自由度子结构耦合混合试验数值模型,通过橡胶隔震支座的动力试验和子结构交互计算进行不同地震作用下 RC 隔震框架的混合模拟试验研究。试验结果表明:10 层 RC 隔震结构的混合试验中,隔震层变形与数值模拟计算结果吻合较好,利用混合试验方法对结构自由度进行缩减,既能较好地还原上部结构的动力特性,也能得到橡胶隔震支座在地震作用下的真实响应,且保证了较好的分析速度和精度。

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    • 强震下不同站桥组合体系抗震性能对比研究

      2023, 36(5):1411-1421.

      摘要 (28) HTML (10) PDF 4.80 M (131) 评论 (0) 收藏

      摘要:为系统对比不同站桥组合体系抗震性能的优劣,以某实际工程项目为背景,分别建立站桥合一结构与站桥分离结构的三维有限元非线性动力分析模型。在综合考虑墩柱非线性以及扩大基础、砂石垫层及地铁顶板之间非线性滑动摩擦效应基础上,深入探讨了两种结构形式在强震下的动力响应以及桥墩损伤规律。研究表明:在讨论范围内,两种站桥组合体系中桥墩下的地铁车站立柱动力响应均大于其他立柱;而相比站桥合一结构,站桥分离结构可以有效降低地铁车站立柱及桥梁结构中桥墩的弯矩与剪力响应,其墩梁相对位移更小,但存在一定残余位移;同时站桥分离结构中桥墩损伤程度更轻,出现塑性状态的时间更晚。整体而言,站桥分离结构的抗震性能更为优异,但在实际工程中需注意对墩梁相对位移及基础滑移的限位。

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    • 桥梁断面范德波尔振子涡激气动力模型参数非线性化的能量原理

      2023, 36(5):1422-1429.

      摘要 (40) HTML (21) PDF 1.66 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用范德波尔振子类涡激气动力模型,通过能量平衡原理,推导了涡激共振过程中结构的振幅增量、初始气动阻尼、非线性气动阻尼三者之间的基本关系,进而得出模型中气动力参数 ε 与振幅 yT 之间关系的识别原理。基于某扁平箱梁桥梁断面的节段模型涡振试验结果,对范德波尔类涡激气动力模型参数随振幅的演变关系进行了识别。结果表明,在涡激共振锁定区间内,随着振幅的增加,参数 ε 呈单调下降的趋势。与之相反的是,参数 ε 形成的非线性气动阻尼比却呈非线性增长的规律。当参数 ε 相关的非线性气动阻尼、初始气动阻尼、结构阻尼三者之和为零时,结构达到稳定的涡振极限环状态。研究表明:初始气动阻尼特性决定了结构能否起振而形成涡振锁定区间;识别出模型参数随振幅的变化关系后,高于试验阻尼的结构涡振响应具有可预测性。

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    • 考虑台风空间位置的桥址区风特性模型实测研究

      2023, 36(5):1430-1436.

      摘要 (63) HTML (11) PDF 2.18 M (159) 评论 (0) 收藏

      摘要:风特性是桥梁结构抗风设计的前提条件。为准确表征台风移动对桥址区风特性的影响,利用桥梁结构健康监测系统测得的多次台风实测数据,研究了考虑台风空间位置的桥址区风特性模型。基于已有台风解析模型和台风路径数据,模拟了台风过境期间桥址区平均风速时程,并利用实测结果验证了解析模型的有效性。在此基础上,分析了湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度等脉动风特性参数随桥址区和台风中心距离的变化规律,据此研究了脉动风特性参数的空间分布模型。结果表明,已有台风解析模型可实现桥址区平均风速的模拟;台风空间位置变化对桥址区脉动风特性影响显著,空间分布模型能有效反映台风移动过程中桥址区脉动风特性的基本变化特征,可为大跨度桥梁等工程结构设计与运维提供有益参考。

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    • 覆水效应的地下相干函数与相变 V 形峡谷多点地震动模拟及其特征规律

      2023, 36(5):1437-1446.

      摘要 (21) HTML (12) PDF 3.30 M (128) 评论 (0) 收藏

      摘要:引入覆水效应和相变特征地下相干函数模型并导出其显式表达式,探讨归纳了该模型相干性的变化规律,并从物理本质上予以解释。依据场地散射频域理论解,得到目标场地的传递函数,联立本文提出的地下相干函数,构造出半覆水相变 V 形峡谷场地的地下功率谱矩阵,生成地下多点地震动时程,通过功率谱和相干函数拟合,验证了模拟结果的可靠性与合理性,分别对比分析了本文提出的相干函数与覆水深度对地震动的影响。以一座连续刚构桥为例,重点分析了地下相干函数与峡谷覆水深度对结构内力的影响。结果表明:引入覆水效应后,多点地震动间相干性表现增强,覆水区地震动减小,其原因在于对应 P 波的部分能量被传递至水中;地震动和地震响应大小与覆水深度呈负相关,距覆水区越远,受到覆水深度的影响越小。

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    • 改进型 EEMD 和 MSB 解调方法及其在轴承故障特征提取中的应用

      2023, 36(5):1447-1456.

      摘要 (81) HTML (18) PDF 3.24 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对滚动轴承振动信号的强非线性和非平稳特性,提出了一种基于改进集成经验模态分解(IEEMD)和调制信号双谱(MSB)分析的故障特征提取方法。将集成经验模态分解(EEMD)应用于滚动轴承的振动信号处理,将其分解成一系列的本征模态函数(IMFs);通过累计均值(MSAM)准则将 IMFs 自适应地分为低频 IMFs 和高频IMFs,其中高频 IMFs 采用小波阈值降噪进行处理;将降噪后的高频 IMFs 与低频 IMFs 进行重构以获取高信噪比的瞬态脉冲信号;利用 MSB 进一步抑制瞬态脉冲信号中的随机噪声和干扰分量,并提取信号故障特征。与谱峭度(SK)和 WEEMD?MSB 分析结果进行对比,验证了该方法在轴承微弱故障特征提取方面的优越性。

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    • 模型无关元迁移学习用于空间滚动轴承寿命阶段识别

      2023, 36(5):1457-1468.

      摘要 (23) HTML (11) PDF 3.76 M (134) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对变工况下空间滚动轴承寿命阶段识别时因样本分布差异较大、可训练用寿命阶段样本较少以及不同寿命阶段样本数量不均等所造成的寿命阶段识别准确率较低的问题,提出模型无关元迁移学习(Model?Agnostic Meta?Transfer Learning, MAMTL)用于空间滚动轴承寿命阶段识别。在 MAMTL 中,将模型无关元学习和迁移学习相结合以实现多任务同步平行训练从而代替传统的迭代训练,多个任务损失函数利用不同工况下无类标签样本和历史工况下少量有类标签样本共同更新 MAMTL 网络参数,以寻求网络参数的全局最优解,这使 MAMTL 具有更好的泛化能力,因此 MAMTL 在较少历史工况有类标签训练样本情况下比传统迁移学习具有更好的域适配性;在 MAMTL 中构建新型原型网络以将历史工况每一类别的样本表示为一个原型,通过计算当前工况待测样本与原型的相似度完成当前工况待测样本分类,且该分类过程无需参数学习,因此可防止样本不均等情况下对于不同类别样本识别精度差距较大和在少量有类标签训练样本情况下网络出现过拟合的问题,从而更好提高分类精度。MAMTL 的以上优势使得它可利用空间滚动轴承历史工况下的少量、非均等已知寿命阶段的训练样本对当前工况待测样本进行较高精度的寿命阶段识别。空间滚动轴承寿命阶段识别实例验证了该方法的有效性。

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