《振动工程学报》是由中国振动工程学会主办,中国科协主管,南京航空航天大学出版的全国性核心期刊,创刊于1987年。主要刊登:振动理论与应用,非线性振动,随机振动,模态分析与试验,结构动力学,转子动力学,故障诊断,振动、冲击与噪声控制,动力稳定性,流固耦合振动,动态测试,动态信号分析,机械动力学,土动力学,包装动力学和结构抗振控制等方面的专题论文、综合评述和研究简报。其读者对象为:从事振动工程及其相关学科教学、研究、设计、开发、应用和管理的科技工作者。本刊被EI工程索引CSCD中国科学引文数据库北京大学《中文核心期刊要目总览》WJCI科技期刊世界影响力指数报告,SCOPUSINSPEC科学文摘,JST日本科学技术振兴机构数据库等数据库收录。

 

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    2022,35(3):527-535, DOI:
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    为验证基于旋转力发生器的旋翼桨毂振动主动控制的可行性,设计了一套旋转力发生器原理样机,通过性能测试验证了旋转力发生器的出力及控制特性。开发了一套旋翼桨毂振动主动控制试验系统,采用全局频域反馈自适应振动控制算法,开展了基于旋转力发生器的旋翼桨毂振动主动控制试验,试验结果表明:所开发的振动主动控制系统能够很好地抑制桨毂平面内的振动载荷,使旋转系下目标频率的振动水平下降了 85%,且对于振动幅值和相位的变化具有良好的跟踪和自适应能力。
    2022,35(3):536-543, DOI:
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    为了有效解决空间太阳电池阵帆板由于振动对航天器位姿的干扰问题,进一步提高卫星和轨道器的飞控稳定性及其自身的指向精度(对地和对日定向),设计了一套太阳电池阵帆板主动抑振地面实验系统,研究了压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)的主动抑振机理,采用模态应变能最大理论确定了 MFC的最佳粘贴区域。设计了一款PID自整定控制器,开展了太阳电池阵帆板系统的主动抑振实验,验证了 PID自整定控制算法的可行性。实验中分别进行了自由振动状态下的抑振以及引入正弦干扰和白噪声干扰下的抑振研究。实验结果表明,在未施加主动控制时,帆板自由振动趋于稳定的时间超过 40 s;在采用了基于 PID自整定算法的主动控制后,帆板的自由振动可在 3 s内趋于稳定。此外,在上述正弦和随机白噪声两种信号干扰激励下,帆板的自激振动均能在 3~5 s内得到有效控制,并且主动控制前后帆板稳定于平衡位置的幅值从 18 mm降到了 3 mm,抑振效率达到 6倍,效果明显。此外,通过对时域信号进行傅里叶变换,从频谱曲线可知其抑振效果也非常显著,响应幅值最大从24 mm降低到了6 mm,抑振效率也达到4倍。
    2022,35(3):544-549, DOI:
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    分析了三轴六自由度振动系统的加速度特征,建立了振动台试件上任一点的加速度特征表达式,通过引入台体绝对刚性假设,推导得到了输入转换矩阵的表达式。分析了六自由度振动系统运动所需的六个合力与激振器实际所需施加激振力之间的关系,并给出了输出转换矩阵的推导过程。给出三轴六自由度随机振动试验控制方法的一般原理与步骤,包括驱动信号生成以及响应信号均衡等。讨论了两种常见的八激振器配置方案以及传感器的布置方式。为验证本文的理论和算法,给出了一个三轴六自由度随机振动控制仿真算例。
    2022,35(3):550-556, DOI:
    摘要:
    声学超材料具有亚波长带隙,可应用于结构振动与噪声控制。引入压电材料和谐振分流电路,可以利用电磁振荡和压电材料机电耦合特性在超材料内部形成可调谐局域共振带隙。传统压电声学超材料受到已有压电材料机电耦合系数的限制,带隙一般较窄,无法满足大柔性结构振动与噪声控制中低频宽带需求。因而,该文提出一种谐振放大压电声学超材料梁结构。将压电片划分为传感极和驱动极,传感极输出电压经过运算放大电路放大,然后与谐振电路相连,实现局域共振效果的增强,从而增大带隙宽度。采用有限元方法建立压电声学超材料梁带隙计算模型,分析了带隙位置和宽度随电路放大倍数的变化,研究了等效弹性模量与带隙的关系;利用商用有限元软件仿真分析了有限周期梁的振动传递特性,验证了带隙计算方法的正确性。研究结果表明,放大电路有效增强了电路的局域共振效果,随着放大倍数的增大,带隙频率降低,带隙宽度增大。
    2022,35(3):557-568, DOI:
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    以某型号航空发动机整机振动试验台为研究对象,建立了简化的整机动力学模型,考虑中介轴承的非线性弹性恢复力,运用 Newmark?β 与 Newton?Raphoson 法结合进行数值求解,通过对比整机系统中高低压转子处与机匣测点处的非线性振动响应,分析了中介轴承间隙对整机系统非线性振动响应的影响规律。结果表明,随着中介轴承间隙的增大,可能导致整机系统出现振动突跳、双稳态、高低压转子耦合程度降低以及组合共振等现象,其中机匣能够反映内部转子的振动特性,但机匣不同位置测点的情况不同,总体上中后测点在转子出现非线性振动特性时也能观测到相应的非线性振动特性,特别是在出现组合共振时能够表现出更为丰富的组合频率信息。研究结果有助于认识中介轴承非线性对航空发动机整机系统尤其是机匣的非线性振动特性影响规律,对航空发动机机匣上测点位置的选择能提供一定的指导。
    2022,35(3):569-576, DOI:
    摘要:
    针对含常数激励的非对称 Duffing 系统开展鞍结分岔特性研究。采用谐波平衡法求得系统在主共振下的周期解,采用 Floquet理论分析周期解的稳定性,利用幅频响应曲线上鞍结分岔点处具有切线铅直的几何特征,计算系统关于常数激励和简谐激励频率的鞍结分岔集,并分析阻尼和简谐激励幅值对系统鞍结分岔集的影响规律。结果表明,在常数激励与简谐激励频率构成的参数平面上,鞍结分岔集由两条曲线组成,其中一条为软特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,另一条为硬特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,两条曲线包围的参数区域为多解参数区,在两条曲线交叉形成的参数区域内,系统存在 5 解共存现象以及复杂的振动突跳现象。随着常数激励的增大,系统软特性逐渐增强、硬特性逐渐变弱,两者对应的共振滞后区从分离到交叉,直到硬特性共振滞后区消失。增大系统阻尼或减小简谐激励幅值有助于抑制系统主共振响应中的多解及复杂振动跳跃现象
    2022,35(3):577-584, DOI:
    摘要:
    提出一种有效的理论方法研究弹性边界约束矩形板的振动特性,并设计实验测试不同边界矩形板的固有频率。矩形板的弹性边界约束采用一系列的均布线性弹簧模拟,用特征正交多项式来表示矩形板的位移容许函数,并采用瑞利?里茨法获得弹性边界约束矩形板的固有频率和固有振型。通过改变边界弹簧的刚度即可模拟矩形板不同的边界条件,提高计算效率。基于理论方法计算获得结构固有频率并和有限元及实验结果进行对比,验证所提理论方法的正确性。此外,通过实验测试的方法分析弹性?简支、弹性?固支等不同边界组合条件下矩形板的振动特性,分析调整不同边界弹簧刚度对矩形板振动特性的影响。
    2022,35(3):585-594, DOI:
    摘要:
    基于 Pasternak 地基和桩体 Timoshenko 梁理论,考虑了轴向作用二阶效应,建立了大直径桩?成层土相互作用体系水平振动分析简化模型,采用微分变换方法和双剪切理论,结合桩土连续边界条件,进而推导出桩身位移、内力、转角解析解,并与已有相关解析解进行退化对比验证。在此基础上,探讨了桩身长径比、地基剪切系数、桩土模量比、桩身剪切变形系数及轴向荷载对桩基水平振动特性的影响规律。计算分析结果表明推导所得对应解析解,能综合考虑轴向压力二阶效应、桩周土和桩身剪切变形的影响,可为大直径桩基工程相关水平向振动分析和设计提供参考。
    2022,35(3):595-605, DOI:
    摘要:
    为了计算考虑桩周土扰动效应下的楔形桩水平振动阻抗,将薄层饱和土径向离散,利用 Biot 波动理论建立饱和土的复刚度传递多圈层水平振动平面应变模型,计算径向非均质的桩周土对桩身的水平动反力;将楔形桩轴向离散,基于 Timoshenko 梁理论建立考虑桩身剪切振动效应的横向振动微分方程,利用传递矩阵法推导桩顶水平振动阻抗的半解析解。对考虑饱和土扰动效应下楔形桩水平振动阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明:在低频激振下增大楔形角能提高桩顶的水平阻抗,且随着振动频率的提高,增大楔形角会增强阻抗的频率依赖性;在低频激振下桩周土弱化会降低楔形桩的水平阻抗,且随着振动频率的提高,弱化效应会提高阻抗的共振幅值;对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对楔形水平振动阻抗的影响;对于桩身长径比小且高频振动的楔形桩,有必要采用可以考虑桩身转动惯量及剪切效应的 Timoshenko 梁模型描述桩身水平振动。
    2022,35(3):606-615, DOI:
    摘要:
    为研究爆破振动作用下高密度聚乙烯(high?density polyethylene,HDPE)波纹管动力响应的尺寸效应,采用现场预埋管道的爆破试验及动力有限元数值计算相结合的方法,通过振动监测结果分析 HDPE 管道动力响应数值计算模型的可靠性;在此基础上,建立相同条件下不同管径 HDPE 管道的数值模型,研究尺寸效应影响下的埋地管道动力响应特征。研究结果表明:在爆破振动作用下,管道各截面迎爆侧的振速和 von?Mises 有效应力均大于管道背 爆侧,管道振速峰值出现于管道底部;随着管径的增大,管道振速与有效应力会随之减小;管道有效应力与峰值速度之间、管道振速与地表振速之间均具有函数关系;根据 HDPE 管道相关规范中最大的允许压力,可得到管径为 40,50,60,80 和 100 cm 的 HDPE 波纹管(空管)在类似岩土层条件下地表爆破控制振速为分别为 22.5,20.91,19.70,17.91,16.64 cm/s。
    2022,35(3):616-624, DOI:
    摘要:
    针对平稳激励下线性结构随机地震动响应方差和谱矩时频域法无解析解或时域法解析解复杂的问题,提出了结构响应功率谱的二次正交化法,并成功获得线性结构基于李鸿晶随机地震谱的系列响应(结构层位移和层间位移)的 0~2 阶谱矩和方差的简明封闭解。综合虚拟激励法和复模态方法,提出了线性结构频率响应特征值函数的二次正交法,即将频率响应特征值函数表示为振动复特征值和频域变量二次方和的线性组合;以李鸿晶随机地震动谱为例,基于留数定律获得该谱的二次正交式,进而获得结构地震动系列响应功率谱的二次正交式;获得了建筑结构随机地震动系列响应方差及 0~2 阶谱矩的统一简明封闭解。利用本文方法对一单自由度结构和一多自由度TMD 耗能结构地震动响应进行分析,并与虚拟激励法进行了对比研究,结果表明本文所提方法为封闭解且可用于验证虚拟激励法谱矩分析时的精度。此外,本文方法可适用于各种线性结构基于各类平稳随机地震谱的随机响应封闭解的分析。
    2022,35(3):625-634, DOI:
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    提出一种用于求解确定性周期与非平稳随机激励联合作用下,单自由度非线性系统非平稳响应的统计线性化方法。将系统响应分解为确定性周期和零均值随机分量之和,则原非线性运动方程可等效地化为一组耦合的、分别以确定性和随机动力响应为未知量的非线性微分方程。利用统计线性化方法将非平稳随机激励作用下的非线性随机动力方程化为等效线性方程,得到关于线性随机响应二阶矩的李雅普诺夫方程。联立李雅普诺夫方程与谐波激励作用下的确定性微分方程,并利用数值算法对其进行求解。以蒙特卡洛模拟验证了此方法的适用性和精度。
    2022,35(3):635-642, DOI:
    摘要:
    为了提高驰振压电风能采集器的性能,提出具有气动性能改进可能性的曲面阻流体设计,并进一步通过翼翅和附加端盖改进曲面阻流体的气动性能。通过 FLUENT 仿真和实验研究揭示了翼翅和附加端盖对曲面阻流体气动性能的影响规律。仿真与实验结果表明,翼翅和附加端盖曲面能够显著提高驰振压电风能采集器的气动与俘能性能,有效拓宽了其工作风速范围。
    2022,35(3):643-651, DOI:
    摘要:
    从工程实际出发,利用欧拉屈曲梁作为弹簧元件,考虑线性支撑弹簧和阻尼安装方式的变化,建立三种不同类型的非线性吸振器模型。利用所建模型,采用复变量?平均法,求解不同类型非线性吸振器模型的解析解。对比主振系幅频响应曲线,发现线性弹性支撑未接地时抑振效果最好。对部分欧拉屈曲梁非线性吸振器的主要设计参数,即初始挠度 q0,长度 L 和斜置倾角 θ 展开讨论,计算结果表明:将主振系谐振峰值最小作为评价指标,在分析频率范围内,上述三个设计参数均存在最优值。
    2022,35(3):652-662, DOI:
    摘要:
    为提升传统被动线性黏滞阻尼器(LVD)对斜拉索的减振效果,本文融合被动负刚度控制技术和非线性黏滞阻尼特征,开展了负刚度非线性黏滞阻尼器(NSNVD)对斜拉索减振增效的研究。基于能量等效线性化方法获得了 NSNVD 的线性等效力学模型;采用复模态分析获得了斜拉索张紧弦模型的附加模态阻尼比的近似解和迭代解,并分别与考虑或忽略斜拉索垂度和抗弯刚度的数值仿真解进行对比,验证了能量等效线性化方法对 NSNVD 斜拉索减振系统的适用性;基于考虑斜拉索垂度和抗弯刚度的仿真解分别开展了 NSNVD 对斜拉索单模态减振效果参数分析和多模态减振效果优化研究,获得了 NSNVD 负刚度系数和黏滞阻尼指数对斜拉索单模态和多模态减振效果的影响规律。研究结果表明:NSNVD 的被动负刚度效应显著提升了斜拉索单模态减振效果,负刚度效应和非线性黏滞阻尼特征均有助于提升斜拉索多模态减振效果;与非线性黏滞阻尼器(NVD)和负刚度线性黏滞阻尼器(NSLVD)相比,NSNVD 对斜拉索具有更好的减振效果。
    2022,35(3):663-673, DOI:
    摘要:
    附加阻尼比是消能减震体系设计中的重要性能参数,传统方法采用阻尼器滞回耗能和减震体系总应变能的比值作为量化结果,并通常采用双线性模型计算防屈曲支撑滞回耗能,计算精度较低。采用积分方法推导能够精确反映阻尼器滞回性能的 Bouc?Wen 模型的滞回能量显式化解析表达式,并提出分别基于应变能法和模态阻尼耗能法的时变附加阻尼比计算方法。为了准确控制减震体系的阻尼比,将减震体系层间位移角不超限和附加有效阻尼比作为控制目标,阻尼器的布置方案和阻尼力的大小作为设计变量,提出面向阻尼比?位移双目标的减震体系设计方法和流程。对一钢混框架减震体系进行迭代设计和分析,确定计算时变滞回能量的合理时段长度,并对不同的时变阻尼比计算方法进行比较。结果表明:基于应变能法的附加阻尼比偏大,不利于结构安全,建议采用模态阻尼耗能法的平均值表征附加有效阻尼比。
    2022,35(3):674-680, DOI:
    摘要:
    采用有色噪声激励的调谐液体阻尼器(TLD)特性振动台试验,对 TLD 液面多点波高信号进行解耦分离,再采用不同识别方法获取液体晃动的模态参数,以含格栅的 TLD 为例研究了格栅稠度比、格栅位置、激励相对幅值对TLD 阻尼性能的影响并和已有的线性化理论值进行比较。结果表明,有色噪声激励下的振动台试验方法能够快速准确地获得 TLD 减振性能参数;信号解耦分离方法、参数识别方法具有较高可靠性。在 TLD 内设置阻尼格栅能够不改变 TLD 频率、增大 TLD 阻尼比,且阻尼比分别随稠度比、相对激励幅值增加而增大,格栅的设置能够增加TLD 高阶模态阻尼比,进而有助于抑制非线性响应。
    2022,35(3):681-690, DOI:
    摘要:
    为了更合理地动态预测桥梁耦合极值应力,将历史监测极值应力数据视为多阶模态响应耦合的多分量信号,并结合 Hilbert 信号分解以及 Hilbert 平方解调技术(Hilbert Square Demodulation,HSD)在多分量信号解调方面的优势,提出了预测桥梁极值应力的贝叶斯 Hilbert动态线性模型(Bayesian Hilbert Dynamic Linear Model,BHDLM)。利用 Hilbert 信号分解技术实现对监测极值应力的解耦,并基于 HSD 建立了各阶应力响应的 Hilbert 动态线性模型(Hilbert Dynamic Linear Model,HDLM);结合贝叶斯方法以及单分量极值应力对 HDLM 进行概率递推,实现了对单分量桥梁极值应力的动态预测,进而可得桥梁耦合极值应力的动态预测;利用在役桥梁的监测数据对本文所提模型的有效性进行了验证。结果表明:利用解耦得到的单分量极值应力数据建立的 HDLM 过程简单,并能很好地反映出监测数据的周期性、随机性等特点。结合贝叶斯方法,可以有效地对桥梁极值应力进行动态预测。
    2022,35(3):691-698, DOI:
    摘要:
    为研究大跨度斜拉桥模态参数的不确定性,将遗传算法引入传统快速贝叶斯傅里叶变换法中,并采用高信噪比渐进估计值约束遗传算法的参数搜索空间,发展了一种大跨度桥梁的贝叶斯模态参数识别方法。利用悬臂梁数值模拟验证该方法的识别效率与精度;依托苏通大桥实测加速度数据应用上述方法开展大跨度斜拉桥的模态参数识别。在此基础上,探讨频带宽度系数对模态参数识别精度和不确定性的影响,并分析模态参数后验概率密度函数(PDF)的分布特征。结果表明,所提方法可有效识别大跨度斜拉桥的各阶模态参数;频率和振型的不确定性较低,而阻尼比的不确定性较高;将频带宽度系数限制在 5~10 有利于保证识别误差与不确定性的平衡;模态参数后验PDF 符合高斯分布。
    2022,35(3):699-706, DOI:
    摘要:
    为了解决桥梁结构健康监测中采集海量数据带来数据传输和存储成本大的问题,引入压缩感知理论,优化常规观测矩阵,以增加观测矩阵和稀疏基的不相关性,用少量的动力响应信号采样数据恢复较为准确的原始信号。用吉安大桥的现场环境振动试验数据验证了基于压缩感知的桥梁动力响应重构方法的可行性和有效性。研究结果包括:压缩感知重构信号在时域里与原始信号吻合良好,当压缩比在 20% 以上时,重构信号相对误差在 10% 以下,优化观测矩阵重构的信号精度高于初始观测矩阵重构的信号,尤其是在低压缩比情况下,有利于减少数据的采集量;观测矩阵优化后重构信号的频谱与原始信号的频谱更加吻合,频谱出现的几个峰值均能准确对应,相比之下,初始观测矩阵重构信号的频谱出现较多峰值的误判,且有些峰值未能识别;观测矩阵优化方法可以适用于随机高斯矩阵、伯努利矩阵和稀疏随机矩阵,具有较广泛的适用范围。研究结果表明基于压缩感知的桥梁结构动力响应信号重构方法是实现用少量采样数据恢复较为准确的原始信号的有效方法。
    2022,35(3):707-716, DOI:
    摘要:
    基于可倾瓦多孔质轴承搭建了可倾瓦多孔质轴承?转子系统实验台。在分析多孔质可倾瓦渗透特性的基础上,研究了不同供气方式、不同供气压力和不同转子不平衡量等因素对该轴承?转子系统动力学性能的影响。研究表明:多孔质轴瓦的渗透率与供气压力无关;转子同步振动的临界转速随着轴承整体供气压力增加而减小,临界共振振幅随供气压力增加而变大;增加上轴瓦组供气压力对转子的同步振动影响较小,对次同步振动有一定的抑制作用;转子振幅随下轴瓦组供气压力增加而增大,临界共振转速随下轴瓦供气压力增加而减小;转子不平衡量可以激发转子次同步振动的出现。
    2022,35(3):717-728, DOI:
    摘要:
    针对某型动车组在运行中出现的车体抖振伴随转向架蛇行运动的整车异常振动现象,对车辆进行在线试验,发现大踏面锥度状态的车辆在较高速度工况运行时,存在稳定性不足,致使转向架的蛇行频率不断上升与车体菱形模态频率接近,继而引发车体的抖振。为了提升车辆运行的稳定性,提出一种融合解析优化和仿真优化的两级递进优化方法(Analytical Optimization and Simulation Optimization,简称为 AOSO),对抗蛇行减振器参数进行优化,并在车辆线路试验中验证优化的效果。结果表明,优化后磨耗轮状态下车辆的临界速度得到显著提升,转向架已无明显的蛇行运动、车体抖振也得到明显改善。
    2022,35(3):729-734, DOI:
    摘要:
    建立轴重 40 t 车辆?轨道动力学模型,采用变化车轮半径的方法模拟扁疤作用下的轮轨相互作用特征,分析轮轨冲击动力荷载特性。结果表明,车轮扁疤将激发出高频轮轨冲击荷载,高频区能量占主导。扁疤临界速度作用下轮轨冲击荷载达到峰值,扁疤越长,临界速度越高,扁疤长度为 10,20,30 和 40 mm 时临界速度分别为 30,50,70 和80 km/h,扁疤长度超过 50 mm 时,临界速度大于重载车辆最高运行速度 100 km/h。高频区的轮轨荷载主要存在于轮轨界面,不会引起钢轨变形,频率在 850 Hz 以下时轮轨动荷载才能有效传至轨下基础,根据轨枕设计极限荷载,建议车轮扁疤长度不应超过 40 mm。
    2022,35(3):735-744, DOI:
    摘要:
    柔性薄壁轴承的内外圈是椭圆,这使得它和普通滚动轴承的振动特性完全不同。这种轴承旋转过程中椭圆长短轴会对轴承造成周期性冲击,这种正常的周期性冲击和轴承元件损伤引起的故障周期性冲击混合在一起,掩盖了故障周期性冲击。分析了这种正常周期性冲击的频率分布特点,根据奇异值和频率的内在关系,提出利用奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)来消除这种正常周期性冲击,选择正常周期性冲击的频率成分对应的奇异值进行 SVD 重构,可以准确地分离出这种正常冲击,从而消除其对故障周期性冲击的干扰。进而采用连续 Morlet 小波变换对消除了正常周期性冲击的柔性薄壁轴承振动信号进行故障冲击特征提取,选择峭度最大的尺度为故障特征尺度,清晰地提取到了柔性薄壁轴承的故障冲击特征,故障特征提取效果优于没有消除正常冲击时的故障特征提取效果。
    2022,35(3):745-759, DOI:
    摘要:
    通过理论推导、有限元计算和实验验证,研究了气隙轴向静偏心前后同步发电机定子及绕组的受载与振动特性变化。与其他大部分气隙径向偏心的研究不同,本文重点关注气隙轴向静偏心下定子?绕组的受载及振动特性。在分析气隙磁密变化的基础上,推导得到了正常和气隙轴向静偏心下定子径向及轴向不平衡磁拉力、绕组电磁力的表达式。以 CS?5 型发电机为分析对象,进行了有限元仿真计算和实验验证。结果表明,气隙轴向静偏心会在减小定子径向磁拉力和转子抽空端定子绕组电磁力的同时增加定子轴向不平衡磁拉力和转子伸出端定子绕组电磁力,对应地,定子径向振动和转子抽空端定子绕组振动将减小,但定子轴向振动和转子伸出端定子绕组振动将增大;定子轴、径向磁拉力和绕组电磁力及振动均以二倍频为主,夹杂其他各偶次倍频。在定子磁拉力作用下,定子铁芯齿槽端部为最大变形位置;在定子齿槽变形挤压和电磁力共同作用下绕组直线段与端部的连接处易发生磨损,在制造及运行中需给予特别注意。
    2022,35(3):760-770, DOI:
    摘要:
    针对滚动轴承微弱故障信息特征提取与分类的问题,提出一种交互偏移支持矩阵机(Interactive Deviation Support Matrix Machine,IDSMM)。在 IDSMM 建模过程中,将每个目标函数加入偏移参数,从几何上看,这使得每一类样本对应的超平面相对原位置进行偏移,构造出一对具有偏移量的交互超平面,且每一个超平面距离异类样本更远,提高了模型的泛化能力。此外,IDSMM 引入多秩左右投影矩阵构造目标函数,充分挖掘了矩阵中行列间的结构信息,并使模型具有更好的数据拟合能力。采用两个滚动轴承数据集进行实验验证,实验结果表明 IDSMM在滚动轴承故障诊断中具有优异的分类性能。
    2022,35(3):771-782, DOI:
    摘要:
    针对由复杂非线性机床主要部件弱故障引起的与动态刚度不足相关的加工颤振较难量化判别溯源的问题,提出了一种基于 PCA/D?S 方法(PCA:主成分分析;D?S:证据理论)的故障部件粗判别,及基于 FUKL 融合算法(模糊集与相对熵融合)的细粒度辨识相结合的动刚度特征研究方法。该方法采集加工态的多部件振动特征,通过分离时频域特征值,利用 PCA 降维获得相关性强的低维特征,通过 D?S 计算合成证据概率,粗定位出故障部件,而后通过 FUKL 融合算法,进一步准确计算出故障辨识结果。将所提方法应用于实际颤振机床的故障溯源研究中,从 4 个主要部件中,以 78.69% 的合成证据概率判别出主轴系统存在动刚度不足,通过 FUKL 辨识出主轴系统的轴向动刚度不足的故障本质,通过拆解故障部件测试实际载荷,分析验证了所提算法运算结果的正确性。
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    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (4195) [HTML] (0) [PDF 1.52 M] (14354)
    摘要:
    为了克服传统的调谐质量阻尼器 (TMD) 阻尼单元存在的易漏油等耐久性问题,研制了一种基于电涡流阻尼耗能的竖向TMD装置。其特点在于:电涡流阻尼无需与结构接触,没有任何摩擦;产生磁场的元件为永磁体,无需外界供电;所有构件都由金属材料制成,不存在老化等现象。此外,通过调整永磁体与导体板的距离,很容易实现TMD阻尼参数的后期调节,且不会影响TMD刚度参数。理论与试验结果研究表明,研制的新型TMD具有优良的阻尼特性,而且当磁场间隙较小时电涡流阻尼理论预测值与试验结果吻合较好。
    2014,27(4), DOI:
    [摘要] (2862) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (7301)
    摘要:
    为了解决夹具传递给试件的振动量级的输入严重不均匀和偏离参考谱加速度均方根值的现象,依据电动振动台多点控制原理和夹具频响函数特性,建立夹具优化计算模型。以某试件夹具设计为实例,依据Nastran软件计算夹具频响函数值,根据所建优化计算模型,求出夹具最优设计参数。优化结果表明,优化后的夹具传力点处的响应均方偏离度及加速度均方根值的变动范围均小于传统方法设计的夹具所求值,同时,优化后的夹具振动试验测试结果表明,传力点处实测的加速度均方根值的变动范围与夹具设计阶段优化后的计算值变动范围基本一致,这就证明该优化方法是可行的和实用的,可以为振动试验实施和夹具设计提供实践和理论指导。
    2012,25(2), DOI:
    [摘要] (2853) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3744)
    摘要:
    考虑高速旋转部件的离心力和陀螺力矩效应,利用Timoshenko梁单元和转盘单元建立主轴转子、转盘、主轴箱等部件有限元模型,并对Jones轴承模型进行扩展建立了高速滚动轴承非线性模型。将各子部件模型进行集成,得到整个高速主轴系统的非线性动力学方程,并进行实验验证。分别从转子陀螺力矩、转子离心力和轴承软化这三个角度,系统地研究了高速旋转状态下主轴-轴承系统内部的速度效应及其对整个系统动态特性的影响规律。结果表明:当系统存在较大的阻尼比(1%~5%)时,陀螺力矩对系统的直接频率响应函数影响不明显,但是对交叉传递函数的影响显著;随着主轴转速的升高,主轴转子的离心力效应会逐渐削弱主轴系统的刚度,最终使整个高速主轴系统的固有频率降低;必须综合考虑主轴转子的离心力效应和轴承的软化效应,才能比较准确地仿真高速主轴系统的动力学特性。
    2012,25(3), DOI:
    [摘要] (2742) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3658)
    摘要:
    针对传感器优化配置组合优化问题,提出了一种基于模态置信度准则MAC的优化算法——自适应模拟退火遗传算法。以模态置信度MAC矩阵的最大非对角元的值极小为目标函数,针对满足传感器数量不变的约束条件问题,提出了二重结构编码遗传算法,并将传统的模拟退火算法改良后,作为一个独立的算子置于遗传算法进化过程中;为了避免出现过早收敛的现象,引入了自适应交叉和变异概率。算例结果表明该混合算法对传感器数目与位置同时实现了优化,得到了满足不同精度要求的传感器优化配置方案。
    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (3470) [HTML] (0) [PDF 6.29 M] (3543)
    摘要:
    振动台模型试验是研究结构地震破坏机理和评价结构整体抗震能力的重要方法之一,如何正确处理试验模型与原型的相似关系以及如何由模型反应正确推导原型反应是很关键的问题。基于振动台试验,以12层的高层建筑框架结构为模型,对其进行了模型设计和试验,并运用大型非线性有限元分析软件MSC.Marc分别对原型结构和模型进行了地震作用下的动力响应分析。由模型地震反应按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,并将其与原型结构的计算值进行对比分析。通过对原型与模型自振特性、加速度、位移和剪力的对比,验证了模型与原型相似关系的准确性,振动台模型试验可以真实的反映原型结构的地震响应,据此,根据模型的试验结果可以对原型结构进行抗震性能的评估。
    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (3282) [HTML] (0) [PDF 4.71 M] (3110)
    摘要:
    讨论了已有文献中基于一般非正交小波以及广义谐和小波的非平稳随机过程演变功率谱密度(Evolutionary Power Spectral Density, EPSD)估计的问题。在一种新的非平稳随机过程模型(局部平稳小波过程,Locally Stationary Wavelet process, LSW)的基础上,提出了一种新的估计非平稳随机过程时变功率谱密度的方法。所建议的新方法能与估计非平稳随机过程EPSD的经典方法统一起来,当以上两种方法均使用广义谐和小波时,二者退化为同一形式。为了验证所建议方法的有效性,给出了基于广义谐和小波的多变量均匀调制下非平稳随机地震动互/自功率谱估计的算例。并以汶川8.0级地震中某近场地及远场地上的地震加速度为例,计算得到了其能量在时-频域上的不同分布。
    2014,27(4), DOI:
    [摘要] (2348) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (3065)
    摘要:
    目前大跨度多线铁路桥梁的列车走行性受到较大的重视,其系统建模和车桥耦合振动实验研究具有重要的工程参考价值。本文以某四线大桥为背景,由实测结构模态参数结合设计相关资料,建立了桥梁基准有限元模型。然后基于此模型,由轮轨法向刚性接触关系,采用模态叠加法建立了车-桥整体系统运动方程,并结合实桥通车实验和数值计算进行了对比分析,验证了模型的正确性。最后,开展了多种工况下的车辆—桥梁耦合振动分析计算,对桥梁和车辆的动力响应以及列车运行安全性和平稳性进行了分析评价,得出了一些有工程意义的结论。
    2012,25(3), DOI:
    [摘要] (2612) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2837)
    摘要:
    对非圆柱(锥形、桶形、双曲形)矩形截面螺旋弹簧的自由振动问题进行了研究。在弹簧的运动微分方程中,所有的位移函数和广义翘曲坐标均定义在形心主轴上,并首次考虑了簧丝截面的翘曲变形对固有频率的影响。本文采用改进的Riccati传递矩阵法对包括14个自由度的一阶变系数常微分方程组进行了求解。在簧丝截面为矩形的情况下,给出了各种参数变化如截面的宽高比、螺旋角、有效圈数和非圆柱螺旋线最小与最大半径之比对两端固支矩形截面锥形弹簧固有频率的影响。为了证明理论的有效性,对两端固支矩形截面锥形弹簧的固有频率和振动模态进行了求解,并同ANASY三维实体单元(Solid45)的结果进行了比较。计算表明,簧丝截面的翘曲变形对矩形截面非圆柱螺旋弹簧的固有频率有着重大的影响,在自由振动分析中必须加以考虑。
    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (3599) [HTML] (0) [PDF 404.90 K] (2832)
    摘要:
    本文揭示了刚体转动对由质量和弹簧组成的双自由度振动系统的频率、模态和动力响应造成的影响,可为一般弹性体和结构的离心振动耦合动力学分析提供重要指导。离心振动系统存在两阶动频,随刚体转速的增加,第一阶动频线性减小而第二阶动频线性增加。质点的动力响应表现为质点运动轨迹的动态演化,决定于振动初始条件、刚体转速、初始偏心位置、振动刚度等四个因素。质点的运动轨迹由非偏心振动和偏心振动两部分构成,非偏心振动依赖于振动初始条件和刚体转速以及振动刚度,偏心振动取决于初始偏心位置和刚体转速以及振动刚度但与振动初始条件无关。根据对动频和质点运动的分析,提出了双自由度离心振动系统的最大刚体转速和临界转速。
    2012,25(1), DOI:
    [摘要] (2752) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2721)
    摘要:
    为验证结构响应主动控制方法在直升机振动控制中的有效性,以某轻型直升机为验证机,基于具有在线识别功能的时域自适应控制算法,进行了直升机结构响应主动控制飞行试验研究。本文详细给出了飞行试验方法、试验系统组成、试验内容及其过程。通过对飞行试验数据的处理分析,对减振效果进行了评估。试飞结果表明:ACSR系统对各测点的垂向振动均有减振效果,各速度状态下的全机垂向减振效率在30-66%之间,巡航速度状态下具有最佳的减振效率;此外,各测点的侧向振动水平也有一定程度的减小。本次飞行试验为ACSR技术在我国直升机型号上的工程应用奠定了基础。
    2012,25(3), DOI:
    [摘要] (1851) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2522)
    摘要:
    考虑滤波器时滞对受控系统的影响,研究受控输出时滞系统的稳定性能。根据稳定性切换理论,确定多自由度受控系统的稳定时滞区域。经过分析获得受控系统脉冲响应衰减时间接近最短时的时滞量,在此基础上采用时滞引入法和滤波器设计法进行控制器设计。结合悬臂梁模型进行数值分析,结果表明:根据时滞系统稳定性分析设计的控制器能够使受控系统脉冲响应衰减速度提高80%以上,有效改善系统的控制效果和稳定性能。
    2011,24(6), DOI:
    [摘要] (1266) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2393)
    摘要:
    非线性隔振系统的有效隔振频率区间要求越过跳跃区间,大于向下跳跃频率。然而,在跳跃区间内,当系统响应振幅位于幅频曲线的非共振支上时,系统具有隔振效果,问题在于如何将振幅保持在非共振支上。当初始条件或激励频率变化使系统响应幅值位于共振支时,提出利用最优时延反馈控制将幅值从共振支切换至非共振支。时延反馈控制虽然使系统处于混沌状态,但振幅得到了充分降低。待混沌状态稳定,且系统状态位于趋向于非共振支的流域中时,撤除反馈控制,系统将恢复简谐振动且振幅最终落在非共振支上,实现了在跳跃区间内的有效隔振,从而拓宽了非线性隔振的频率区间。通过数值仿真计算,验证了本方法的有效性;同时,也证实了基于最优时延反馈控制和准零刚度的非线性隔振系统适用于低频隔振。
    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (3196) [HTML] (0) [PDF 827.31 K] (2380)
    摘要:
    考虑由转动引起的科氏力、离心惯性力及环向初应力影响,利用Hamilton原理,建立了基于Sanders壳体理论的转动薄壁圆柱壳振动微分方程。选取满足相应边界条件的轴向梁函数近似地表达各类边界条件下圆柱壳的轴向振型分布。在此基础上,提出了一种适用于求解各种边界约束的转动薄壁圆柱壳行波振动响应的方法。基于此方法,分别针对静坐标系下横向简谐力和恒力作用下的两端固支转动薄壁圆柱壳的行波振动响应进行了求解,并对结果进行了相应分析。
    2012,25(3), DOI:
    [摘要] (2214) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2291)
    摘要:
    本文研究了绳系卫星系统因系绳弹性和俯仰运动相耦合而引起的非线性内共振问题。首先应用Kane方程建立了面内椭圆轨道两体弹性绳系卫星系统在状态保持阶段的非线性动力学模型,分析了可能发生的内共振条件。然后,基于多尺度方法获得内共振下的调制方程及其Jacobi椭圆函数表示的解析解。结果表明,轨道摄动因素不会影响内共振,系统参数引起的内共振耦合振动会在两个模态之间相互传递,其调制周期取决于初始模态幅值。当一定的调谐参数上,模态振幅出现饱和现象。
    2014,27(6), DOI:
    [摘要] (1034) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2265)
    摘要:
    阻尼系数和刚度系数是隔振设计中分析隔振器性能的重要参数,其测试技术是确定相应数值的有效途径。针对大阻尼粘性流体微振动隔振器,本文提出一种测试多参数模型阻尼系数和刚度系数的简化测试方法。应用机械阻抗等效将多参数模型简化为便于测试的两参数模型,通过自行设计相应的试验测试平台,对等效参数及隔振器各组件刚度系数进行测试。将数据处理所得振动模型数据输入到Simulink仿真模型中,得到隔振器整体等效阻尼系数和等效刚度系数,并与试验直接采用迟滞环法得到的对应参数进行比较,二者相对误差均在5%以内,有效地证明了本方法的可行性与可用性。本方法突出的优点为它还可以得到阻尼系数和刚度系数随频率的变化规律,对于隔振设计具有重要的参考价值。本方法可推广用于一般隔振器阻尼系数和刚度系数的测量。
    2014,27(6), DOI:
    [摘要] (1024) [HTML] (0) [PDF 0.00 Byte] (2262)
    摘要:
    本文针对舵结构系统在飞行当中出现的自激振动现象,提出了含间隙和库仑干摩擦舵结构系统在非定常气动力作用下的振动力学模型,基于理论分析揭示了舵结构系统飞行自激振动现象的发生机理,并通过数值计算模拟了包含高次谐波的舵结构系统自激振动,得到了与飞行实测结果一致的现象和规律。
    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (3039) [HTML] (0) [PDF 514.97 K] (2246)
    摘要:
    针对重大技术装备中关键基础部件早期裂纹信号提取困难这一问题,提出一种基于独立分量分析(ICA)的稀疏编码收缩(SCS)去噪方法,即采用泛化高斯模型(GGM)在ICA空间中估计信号独立系数的概率密度函数(PDF),并利用最大后验(MAP)估计方法进行非线性去噪的微弱信号提取方法。通过对不同信噪比的含噪微弱裂纹信号的提取研究,结果表明,此方法能提取出输入信噪比低于-27dB的微弱信号,且波形与频谱均能较好的和原信号保持一致。同时,其去噪效果远远好于小波降噪方法,是一种较好的微弱信号提取方法。
    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (3195) [HTML] (0) [PDF 470.23 K] (2155)
    摘要:
    基于多点激励的大质量法,采用非线性杆单元模拟梁轨接触,建立了考虑地震动行波效应的简支梁桥梁轨相互作用模型。以沪昆线上某5-32m简支梁桥为算例,分析了行波效应作用下轨道结构对桥梁地震响应的影响,研究了行波效应下钢轨和墩台的受力特性,并对相关参数的影响做了探讨。研究表明:行波效应下轨道结构将大大增强梁体和下部结构的地震响应;轨道对行波效应极为敏感,视波速越低轨道和墩台受力越大;支座布置形式和桥墩刚度突变对相邻桥墩受力影响显著;随着简支梁跨数的增加,钢轨和桥台受力逐渐增大并趋近于一定值。
    2012,25(6), DOI:
    [摘要] (2578) [HTML] (0) [PDF 506.33 K] (2117)
    摘要:
    提出了基于信号共振稀疏分解的包络解调方法,并将其应用到轴承故障诊断中。与常规的基于频带划分的信号分解方法不同,信号共振稀疏分解方法根据信号中各成分品质因子的不同,将信号分解成高共振分量和低共振分量。当轴承出现损伤时,振动信号由以包含轴承自身振动的谐振信号、包含轴承故障信息的瞬态冲击信号以及噪声组成。谐振信号为窄带信号,具有高的品质因子,可分解为高共振分量;而瞬态冲击信号为宽带信号,具有低的品质因子,可分解为低共振分量。基于信号共振稀疏分解的包络解调方法首先利用信号共振稀疏分解方法将信号分解成高共振分量、低共振分量及残余分量,再对低共振分量进行包络解调分析,根据包络解调谱进行轴承故障诊断。算法仿真和应用实例表明该方法能有效地提取轴承故障信号中的冲击成分,凸显故障特征。
    2013,26(3), DOI:
    [摘要] (3216) [HTML] (0) [PDF 995.44 K] (2011)
    摘要:
    气流调制技术产生次声具有发声强度高、声波频率可控的特点。对基于气流调制的封闭空间高声强次声产生装置开展了实验研究。研究了双舱声信号的异同、测试舱的频响特性和谐波情况,还研究了舱外次声及其谐波的传播衰减情况。实验结果表明:测试舱内次声波的基频强度比其2次谐波的强度要大40dB以上,失真较小。排气管在舱外产生的次声在传播过程中衰减很快,波形的非线性失真严重,大多数能量向其谐波转移,8Hz频率成分的2次谐波强度比其基频大20dB以上。
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