• 2023年第36卷第4期文章目次
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    • 固体火箭发动机随动推力作用下细长体亚临界试车及动力学失稳临界推力预示

      2023, 36(4):885-891.

      摘要 (223) HTML (56) PDF 4.05 M (338) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了随动推力作用下细长体模拟件试车试验系统,开展固体火箭发动机试车;理论推导了耦合模态频率差?推力关系的多项式,结合亚临界试车数据外推预示失稳临界推力。研究结果表明:理论分析与地面试验结果吻合,只需开展少数几次安全可控的亚临界试车试验,获取系统的振动响应数据,即可准确预测临界推力;亚临界试验验证了随动推力横向分量引起模态间的刚度耦合,对于弯曲振动明显的细长体飞行器,推力对结构的影响应视为随动载荷。

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    • 考虑桨叶伺服控制的浮式风机多刚体动力学建模与验证

      2023, 36(4):892-902.

      摘要 (141) HTML (37) PDF 3.34 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:浮式风机是深远海域风力发电的关键结构,分析其在复杂海况下的动力学响应特征对保障远海风能开发具有重要意义。在初步设计和方案比选阶段,需要开发能够定量把握浮式风机动力学主要特征、且分析高效的一体化分析模型。为此,针对大型Spar式海上浮式风机,建立了多刚体动力学全耦合分析模型。基于Lagrange方程,推导了考虑桨叶转动与桨距控制的8自由度刚体运动方程。结合所建议的多刚体模型,基于Spar式浮式风机1∶50缩尺模型试验实测数据,建立了与试验物理模型相应的一体化多刚体数值模型,并进行了静力、纯风、纯浪以及风?浪联合条件下数值分析结果与试验观测结果的对比分析。采用本文建模理论,建立了OC3?Spar式浮式风机足尺结构数值分析模型,并与常用的风机结构分析软件FAST的计算结果进行了对比分析。通过与上述缩尺物理模型试验和足尺数值模型软件分析对比,验证了浮式风机多刚体动力学分析模型的有效性。

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    • 轮胎刚度智能预测及在起落架摆振分析中的应用

      2023, 36(4):903-908.

      摘要 (87) HTML (27) PDF 2.12 M (213) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析飞机起落架摆振问题,需要获取航空轮胎的侧向、扭转刚度。建立了一套航空轮胎侧向与扭转刚度智能预测方法,并在某无人机起落架防摆设计中成功应用。收集了503组轮胎侧向、扭转刚度试验测试数据,来自3个轮胎厂商,7种轮胎型号,涵盖不同气压、载荷、压缩量、直径、宽度等特征参数的组合。建立了一个全连接人工神经网络模型,通过已有轮胎刚度测试数据对神经网络模型进行了训练,从随机分配的验证集训练效果可以看出,训练到1000次以后,均值误差基本收敛,预测值与真实值基本一致。利用训练后的模型对某无人机轮胎侧向与扭转刚度进行了预测,并将预测结果应用于某无人机起落架摆振稳定性分析,确定起落架临界阻尼,指导减摆器的设计。

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    • 含润滑介质的正交各向异性结合面接触特性研究

      2023, 36(4):909-922.

      摘要 (28) HTML (20) PDF 4.33 M (178) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种含润滑介质的正交各向异性结合面法向接触刚度的分形模型。该模型基于含椭圆修正因子的Hertz接触理论,并根据考虑润滑介质的侧向泄漏的平均雷诺方程,推导出固体接触刚度与流体刚度之间的解析关系。通过分析不同因素对结合面的法向接触刚度的影响,发现当无量纲固体真实接触面积小于0.05时,结合面的法向接触刚度受流体刚度的影响较大。随着润滑介质发生侧向泄漏,固体真实接触面积逐渐增大,固体接触刚度对结合面的法向接触刚度的影响越来越显著。给定不同预紧力,对比试验与有限元仿真获得的前三阶固有频率,其最大相对误差为4.11%,证明本文构建的模型可以准确地预测结合面的接触性能。

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    • 周期与色噪声联合作用下分数阶Duffing振子非平稳响应的无记忆方法

      2023, 36(4):923-933.

      摘要 (40) HTML (16) PDF 2.29 M (234) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于统计线性化提出了一种求解周期与色噪声激励联合作用下分数阶Duffing系统非平稳响应的无记忆方法。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分数阶微分方程。利用无记忆化方法将确定性和随机分数阶微分方程转化为相应的常微分方程。利用统计线性化方法处理随机常微分方程,得到关于随机响应二阶矩的李雅普诺夫方程。利用数值算法联立求解李雅普诺夫微分方程和确定性常微分方程。通过Monte Carlo模拟,验证此方法的适用性和精度。

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    • 改进生成对抗网络及其在结构非线性模型修正中的应用

      2023, 36(4):934-945.

      摘要 (48) HTML (21) PDF 3.12 M (190) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出改进生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)并在结构非线性模型修正中成功应用。在改进的GAN中,通过引入代理模型的方式,增强网络判别器对非线性结构各节点响应关系特征的学习能力;为避免传统GAN存在的梯度消失问题,使用跳跃连接和密集连接等方式加强网络层之间的信息交流,并且通过引入组合目标函数,构建模型输入响应与输出参数之间的映射关系实现网络训练。在进行结构非线性模型修正时,结构的动力响应作为网络模型的输入,训练好的GAN模型能够根据输入数据的特征,输出非线性模型参数的最优值,从而实现结构非线性模型修正。通过对地震荷载作用下的12层钢筋混凝土框架结构进行数值模拟,验证了方法的可行性,并通过对比基于卷积神经网络的非线性模型修正结果,验证所提方法的优越性;最后进一步结合地震荷载作用下的悬臂铝梁振动台实验,验证了该非线性模型修正方法的可靠性。

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    • 筋上有开口裂缝的加筋矩形板横向振动特性分析

      2023, 36(4):946-952.

      摘要 (54) HTML (23) PDF 1.03 M (194) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用能量法分析筋上含有开口裂缝的四边简支加筋矩形板的横向振动。将矩形板与加强筋沿交界面切开,再将加强筋沿裂缝分成多个子块,采用薄板弯曲和平面应力理论分别建立矩形板和各子块的横向振动能量方程,解决了传统分析方法需给定开裂处筋的弯曲刚度问题。采用第一类切比雪夫多项式构造矩形板和各子块的位移试函数,由Ritz法和板?筋界面变形连续条件得出含有开口裂缝的加筋矩形板的横向振动特征方程。计算结果与有限元分析结果吻合很好,详细分析了裂缝深度和裂缝位置对无量纲频率的影响。

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    • 电机定子振动模态频率分裂特性分析

      2023, 36(4):953-962.

      摘要 (87) HTML (29) PDF 2.04 M (203) 评论 (0) 收藏

      摘要:有效抑制由电机径向电磁力激发的电机定子振动是实现电机减振降噪的一个重要途径,而对电机定子模态频率及模态振型的准确分析是抑制电机定子径向振动的基础。采用圆环的弹性力学解析模型作为电机定子振动的分析模型,对无约束状态下电机定子的模态进行分析,得到了电机定子径向振动模态频率和模态振型的解析解。以齿槽和底脚为典型附加结构,采用摄动法对电机定子模态频率的分裂现象进行分析,总结了频率分裂与否以及分裂阶次的判定准则。通过ANSYS有限元软件验证了理论方法和计算的有效性。结果表明,所建立的二维圆环模型可以准确、高效地应用于电机定子模态特性的分析;附加结构的分布形式对定子频率分裂特性具有重要的影响。

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    • 基于磁激励和信号无线传输的旋转叶片模态参数测试技术研究

      2023, 36(4):963-972.

      摘要 (26) HTML (22) PDF 4.64 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:航空发动机叶片的动态特性关系到航空发动机乃至整个飞机的运行安全,对叶片在旋转状态下进行在线动力学参数测试是确保其安全性的有效手段之一。针对旋转状态的叶片提出了采用非接触磁激励作为激振力,采用WiFi无线传输方式实现叶片振动信号的在线测量和传输的方法。在此基础上,设计出一套可以测量旋转状态叶片动力学参数的非接触磁激励?无线传输的动力学参数测试系统,并进行了相应的试验验证,结果表明该系统使用方便,测量精度好。

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    • 非接地负刚度动力吸振器动力学设计及优化

      2023, 36(4):973-978.

      摘要 (83) HTML (26) PDF 1.32 M (207) 评论 (0) 收藏

      摘要:接地负刚度动力吸振器有着良好的振动控制效果,但是在实际工程应用中,负刚度元件往往无法与地面直接 相连。提出一种非接地负刚度动力吸振器,根据所建理论模型,得到系统的频响函数,利用最大值最小化理论获得 非接地负刚度动力吸振器的最优设计参数,并与其他典型的动力吸振器模型进行对比。计算结果表明,由于引入负 刚度元件,非接地负刚度动力吸振器的振动控制效果显著优于传统线性动力吸振器,为负刚度动力吸振器的工程应 用提供了一定理论参考。

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    • 动力吸振器基础变形及参数优化

      2023, 36(4):979-987.

      摘要 (91) HTML (25) PDF 1.83 M (252) 评论 (0) 收藏

      摘要:在Voigt吸振器的基础上进行变形,设计了一种接地刚度吸振器,提出了基于固定点理论的改进方法,计算出 系统固定点坐标的闭式解。使用解析和数值方法研究了主系统响应最大幅值,并根据固定点幅值特征进行全局优 化,推导出最优固有频率比和最优阻尼比设计公式。通过数值仿真验证了解析解的正确性。在谐波力激励下,与局 部、全局优化后的Voigt吸振器和接地阻尼吸振器进行对比,发现接地刚度吸振器经全局优化后的响应峰值和接地 阻尼吸振器一致,均小于Voigt吸振器的全局优化峰值和接地阻尼吸振器的局部优化峰值,减振频带宽度最大。与 同样应用全局优化的接地阻尼吸振器相比,接地刚度吸振器在接地阻尼吸振器的减振频带内减振性能更好,达到常 用阻尼比所需的子系统质量更小。

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    • 太阳光压与地球阴影作用下的空间柔性梁结构振动分析与控制

      2023, 36(4):988-995.

      摘要 (30) HTML (18) PDF 1.23 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对运行在地球同步轨道平面内的超大型航天结构,研究其在太阳光压和地影作用下的动态力学行为及控 制问题。将超大型航天结构简化为柔性梁结构,基于绝对节点坐标法建立柔性梁的振动控制方程。数值结果表明 地影对柔性梁的结构振动幅值有着非常显著的影响。进一步修正分析模型,建立超大型航天结构的准静态分析模 型,通过数值试验,验证了模型的有效性;鉴于太阳光压力和地影给柔性梁结构带来的较大幅度振动问题,通过调整 轨道控制力,提出一种新的控制方法,数值试验表明:由地影引发的大幅振动得到很好控制。

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    • 基于正逆压电效应的高能效振动半主动控制方法

      2023, 36(4):996-1004.

      摘要 (40) HTML (16) PDF 2.61 M (214) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于同步开关阻尼(Synchronous Switch Damping,SSD)技术的压电振动半主动控制方法主要利用控制电 路中的同步开关和等效LC振荡电路,实现压电电压的同步翻转,使得压电驱动力始终和结构振动速度同相位, 用较低的能耗高效地抑制结构振动。然而常见的压电驱动元件如压电叠堆、压电纤维复合材料等,其允许工作 电压变化范围是不对称的,采用对称翻转的SSD技术难以充分利用压电元件的机电转化性能。提出了一种基于 双向压电效应的SSD技术,通过对压电电压上翻时注能、下翻时吸能的操作,最大化控制系统能效,并充分匹配 压电元件的机电转化潜能。介绍了所提SSD方法的工作原理,推导了非对称翻转条件下结构的振动衰减模型, 实现了非对称翻转SSD控制电路,并通过实验进行了验证。研究结果表明,所提SSD方法可以通过控制注能开 关占空比及吸能电路等效负载自适应地调节压电电压的上、下翻转因子,最终实现高能效的结构振动衰减 效果。

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    • 轮胎中低频噪声的降噪结构设计及性能分析

      2023, 36(4):1005-1014.

      摘要 (34) HTML (13) PDF 4.24 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对轮胎中低频(500~2000 Hz)噪声的吸收问题,设计了一种组合吸声结构,该结构由多孔材料和卷绕空腔 结构组成。结合多孔材料和卷绕空腔的吸声原理,建立了组合式吸声结构的理论分析模型,推导了模型吸声系数表 达式;利用有限元分析法,分析了组合式吸声结构在中低频频段内的吸声性能。结果表明,组合吸声结构在500~ 2000 Hz频段内吸声性能良好,在1092 Hz频率附近出现吸声峰值,接近完美吸声。相较于单一的多孔材料,该组合 式吸声结构的吸声性能有了较大的提升;通过改变组合式吸声结构中多孔材料体积占比,研究了吸声性能的变化规 律,通过绘制反射系数的复频率平面分布情况,并结合声阻抗匹配条件分析了结构的吸声机理;在阻抗管中对该组 合式吸声结构进行吸声测试,验证了理论解析模型和有限元模型的正确性。将组合吸声结构与毛毡轮罩材料叠加, 研究了叠加后的吸声性能,并提出了进一步提升吸声性能的措施。该组合吸声结构的吸声峰值频率可根据多孔材 料体积占比调控,且总体厚度小,在轮胎中低频噪声控制中具有一定的效果。

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    • 适用于优化建筑结构声振特性的多重模态减缩策略

      2023, 36(4):1015-1023.

      摘要 (30) HTML (12) PDF 1.67 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑 结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固 体域为混凝土材质的楼板和墙壁板构成的长方体结构,结构内部腔体填满可压缩空气。引入分支模态发展了多重 模态综合理论,建立了基于子结构固定界面模态、连接面分支模态和声学体自由子结构模态的减缩模型,极大地提 升了声固耦合系统声振特性的分析效率;基于该减缩模型发展了一套建筑结构内部声压级优化方法,重点分析了建 筑结构内部声压级与墙壁厚度、楼板?墙壁连接面上刚度之间的定量关系,并以腔体内部平均声压级为优化指标给 出了优化策略。本文所提出方法和分析结果可为建筑结构声振特性的分析和设计提供参考。

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    • 结构人致振动舒适度无线评估系统实现与工程实践

      2023, 36(4):1024-1032.

      摘要 (30) HTML (10) PDF 4.94 M (165) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了准确测量结构的振动加速度,科学高效地判断振动是否引起使用者的不适和影响结构的正常使用,利用 IEPE压电式传感器和微型电脑树莓派(Raspberry Pi),基于Python计算机编程语言设计一款智能惯性评估系统,同 时将国内外结构人致振动舒适度评估标准写入该系统,使结构振动测量评估系统的成本和硬件尺寸最小化,并实现 无线传输、快速处理数据和判断评估振动舒适度的功能。基于上述功能目标,以实验室人行桥为例与DASP工程版 动态测试分析系统采集的加速度响应进行对比,幅值谱主频相对误差在0.02%~2.85%之间,验证了传感系统采集 精度。以人行天桥、教学楼楼盖、住宅楼楼盖和宿舍楼楼盖为研究对象在人致激励作用下进行振动舒适度测试,结 果表明:研制的智能惯性传感系统可高效、实时测量结构产生的加速度响应,并且可以准确判断振动舒适度,为研究 人员提供可靠的振动舒适度评估结果。

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    • 冰-水耦合作用下流冰对明渠的撞击破坏响应分析

      2023, 36(4):1033-1042.

      摘要 (27) HTML (9) PDF 4.65 M (191) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究水介质中流冰对输水明渠的撞击影响,基于流固耦合的计算方法,运用LS?DYNA软件对水介质中流 冰与明渠的撞击过程进行非线性有限元仿真,并通过几何比尺为1∶10进行模型试验验证。以流冰与明渠碰撞角 度、流冰厚度、明渠衬砌混凝土强度等级为变量,探究其对流冰碰撞输水明渠的影响规律。结果表明:碰撞角度为 90°工况下的明渠衬砌撞击区的最大等效应力与X方向最大位移分别是38.66°,45°,63.43°工况平均峰值的3.01倍和 4.19倍,且90°工况下明渠衬砌撞击区发生了约为5.72×10-6 m的损伤变形,而38.66°,45°,63.43°工况下的损伤变形 约0~4.78×10-7 m,表明倾斜的坡面可以有效减小流冰对明渠撞击区的撞击力、位移及损伤变形;流冰厚度对明渠 衬砌撞击的最大等效应力与X方向最大位移呈现出近似的线性关系;流冰对明渠衬砌撞击的最大等效应力与X方 向最大位移随着混凝土强度等级的增大而逐渐减小,两者呈现出近似的线性关系。综合分析所模拟的不同工况可 以发现,冰渠之间的水由于受到冰运动时的挤压作用而预先产生一个高压力场,在求解分析时应充分考虑,不可忽 略;同时,试验值与模拟值基本吻合,表明数值模拟仿真模型准确可靠。

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    • 变工况气液段塞流诱导的柔性立管振动响应

      2023, 36(4):1044-1053.

      摘要 (21) HTML (10) PDF 4.89 M (173) 评论 (0) 收藏

      摘要:柔性立管广泛用于海洋油气输送,因管内气液两相流压力、密度等的时空变化,易激发立管的振动响应。针 对水动力段塞流诱导的柔性立管振动响应问题,在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线 型柔性立管模型振动响应测试,采用非介入高速摄像测试方法同步捕捉了柔性立管模型的振动位移与管内气液两 相的流动特征。通过改变段塞流混合流速(0.8~3.0 m/s)和气液比(1.0~11.0),剖析了振幅与振频的时空分布、振 动模态切换等振动特性与管内液塞长度、运移速度、流动频率间的内在联系。结果表明:柔性立管模型的振动主要 由一阶模态主导,振动模态随时间发生切换,即存在时间上的模态切换,根据其特征,辨识了三种模态切换形式,对 实验组次进行了分区。不同的模态切换形式与管内的段塞长度、段塞流动频率以及段塞在管内的分布有关。

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    • 加速度-位移关系的贝叶斯推理方法

      2023, 36(4):1054-1061.

      摘要 (49) HTML (14) PDF 3.61 M (174) 评论 (0) 收藏

      摘要:动力位移是地震工程、军事武器设计和结构健康监测等领域重要的物理量,但在实际测试过程中,通常能直 接量测的只有振动加速度信号。由于受环境等不确定性测试条件影响,加速度信号不可避免地含有低频和高频噪 声,导致在加速度积分过程中,速度和位移时程会产生较为明显的漂移现象。基于贝叶斯理论框架,构建了动力位 移贝叶斯学习识别方法,针对不同噪声工况(白噪声、人工噪声)反演获取了位移响应,识别出的动力位移与解析位 移基本一致;利用大型振动台试验数据,对比了不同性能加速度传感信号反演的位移,并分析了其不确定性。结果 表明:该动力位移贝叶斯学习识别方法在加速度?位移关系表征方面具备一定的优势,可不依赖对加速度信号的处 理实现位移求解,从而避免了噪声累积误差导致的位移积分失真。

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    • 高温效应对钢筋-混凝土动态黏结性能的影响精细化模拟

      2023, 36(4):1062-1072.

      摘要 (13) HTML (9) PDF 3.10 M (178) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究高温效应对钢筋?混凝土动态黏结性能的影响,建立了考虑带肋钢筋表面特征和混凝土材料非均质性 的三维细观模型,与试验的破坏模式和黏结应力?滑移曲线进行对比,验证了细观模型的合理性。在此基础上,分析 了高温下和冷却后钢筋?混凝土动态黏结应力?滑移行为的变化规律。结合数值模拟结果,建立了考虑高温效应的 动态黏结强度预测公式。结果表明:细观模型能够反映变形钢筋与混凝土界面的开裂过程和黏结破坏机理;随着应 变率的增加,高温下或冷却后的混凝土损伤区域逐渐减小;应变率相同时,高温下混凝土的损伤区域明显大于冷却 后;随着温度的升高,高温下或冷却后试件的极限黏结强度均线性下降;相同温度环境下,应变率增加使得极限黏结 强度非线性提高;预测结果与试验结果的良好吻合,说明本文提出的经验公式可以合理反映钢筋?混凝土动态极限 黏结强度的高温效应。

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    • 快速谐波荷载作用下仿古建筑双枋-柱组合件力学性能研究

      2023, 36(4):1073-1082.

      摘要 (40) HTML (13) PDF 4.16 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究仿古建筑双枋?柱组合件的破坏特征及力学性能,选取典型仿古建筑双枋?柱组合件作为模型结构,该 结构采用钢?混凝土组合结构,并在枋?柱连接处设置黏滞阻尼器,采用快速谐波往复荷载形式的加载制度,对3个该 类型结构模型的力学性能进行研究,其中包括2个布设黏滞阻尼器的试件及1个未布设阻尼器的对比试件。在试验 研究的基础上,对其力学性能关键指标进行分析,包括滞回曲线、骨架曲线、延性性能及强度和刚度退化等。分析结 果表明:采用钢?混凝土组合结构及通过合理设置黏滞阻尼器可显著提升仿古建筑关键受力节点的力学性能。布设 黏滞阻尼器后双枋?柱组合件的滞回曲线包络的面积更大,骨架曲线下降段更平缓,变形能力有显著改善。承载能 力提高13.9%~14.1%,延性提高13.0%~18.6%;黏滞阻尼器与结构可协同受力,显著改善结构破坏阶段的变形性 能,提高结构的抗倒塌能力。

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    • 考虑榫卯松动的古建筑木结构地震响应分析

      2023, 36(4):1083-1093.

      摘要 (26) HTML (10) PDF 6.05 M (161) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过缩尺比为1∶3.52的完好古建筑木结构当心间模型振动台试验,得到了完好古建筑木结构模型的破坏模 式、加速度时程曲线及相对位移时程曲线。在验证完好结构有限元模型正确性的基础上,建立了考虑榫卯松动的残 损古建筑木结构有限元模型,通过对残损古建筑木结构模型在地震作用下的模态分析和动力响应分析,探讨了榫卯 松动对古建筑木结构动力特性和动力响应的影响。结果表明:榫卯松动的古建筑木结构自振频率较完好结构的低, 且随榫卯连接残损程度的增大,模型自振频率显著降低;残损结构柱脚加速度响应和位移响应、柱架加速度响应及 模型结构基底剪力较完好结构的小,柱架位移响应较完好结构的大,且随榫卯连接残损程度的增大,柱脚加速度响 应和位移响应、柱架加速度响应及模型结构基底剪力明显变小,柱架位移响应显著变大。随PGA的增大,残损结构 模型累积耗能不断变大;随榫卯连接残损程度的增大,模型各结构层的累积耗能先逐渐增大,当松动量超过一定值 后,其累积耗能不断减小。

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    • C型环对细长圆柱减阻抑振效果的试验研究

      2023, 36(4):1094-1100.

      摘要 (22) HTML (16) PDF 3.10 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:长细比较大的圆柱结构易发生涡激振动从而引发结构安全问题,而阻力小的气动抑振措施是解决该问题的 理想手段之一。为此,开展了一种C型减阻抑振环风洞试验,研究了不同直径和圆心角的C型环对不同雷诺数下的 圆柱气动力的影响,并通过圆柱表面的风压分布揭示了C型环的减阻抑振机理。研究结果表明,通过减弱背风面的 负压C型环可以有效减小亚临界雷诺数区圆柱的阻力,而且通过对尾流的干扰可有效抑制旋涡脱落。

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    • 独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟

      2023, 36(4):1101-1112.

      摘要 (28) HTML (14) PDF 9.94 M (179) 评论 (0) 收藏

      摘要:以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型,制作1/4缩尺的三跨试验模型,对其进行了地震模拟振动台试 验,分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件建立独立式石箍 窑洞的有限元模型,将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析,验证了有限元 模型的合理性,进而基于对原型结构的有限元模拟,分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影 响。结果表明:独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏,开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与 背墙的连接处;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能;窑洞模型 的纵墙刚度大于横墙,加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大;随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小, 窑洞模型的抗震性能增强,但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。

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    • 落石冲击下桥墩刚柔叠层防护结构的缓冲耗能试验研究

      2023, 36(4):1113-1124.

      摘要 (50) HTML (15) PDF 5.73 M (166) 评论 (0) 收藏

      摘要:山区工程结构的落石冲击灾害问题显著,耗能缓冲防护结构能有效减小冲击灾害。针对桥墩的冲击防护,设 计了型钢?泡沫板、型钢?混凝土和泡沫板?混凝土三种耗能缓冲结构,通过对三种防护结构在落石冲击下的破坏模式 及试验动力响应过程分析,揭示刚柔叠层冲击防护结构的耗能缓冲机理。试验结果表明:利用刚性外层可将冲击能 量有效扩散至内部柔性缓冲层,充分发挥刚柔层的耗能及缓冲性能;混凝土泡沫板防护结构综合性能最优,对比无 防护结构,其可使落石冲击钢筋混凝土试验板的冲击持续时间延长9~10倍,平均冲击力减至无防护结构的1/10以 下,具有良好的耗能缓冲性能。

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    • 可液化地基上桩基基础小高宽比隔震结构体系振动特性试验研究

      2023, 36(4):1125-1135.

      摘要 (27) HTML (14) PDF 4.70 M (163) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究地基液化对小高宽比隔震结构体系振动特性的影响,通过振动台模型试验再现了桩基基础小高宽比 隔震结构体系在液化场地上的地震反应过程,分析了地基液化过程中基础及隔震层振动特性和隔震结构地震响应 规律。结果表明:地基液化后小高宽比隔震结构的一阶自振频率较刚性地基时大幅增加,阻尼比较刚性地基时也明 显增加;液化地基上隔震层对群桩基础水平向加速度反应起明显的放大作用,隔震效能消失,但隔震层对桩基承台 转动角加速度反应起显著的减震作用;液化地基上小高宽比隔震结构楼层加速度峰值放大系数的分布规律与非液 化地基上隔震结构相比也具有明显差异,呈现出弯曲放大的特点,隔震结构顶层加速度峰值放大系数增大尤为明 显;液化地基上小高宽比隔震结构的最大层间位移反应远超刚性地基上隔震结构在强震作用下的最大层间位移反 应,可能导致基于刚性地基假定设计的隔震结构在地基液化时不满足抗震设计要求。

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    • 简谐荷载作用下非饱和土地基中波阻板隔振效果研究

      2023, 36(4):1136-1145.

      摘要 (37) HTML (15) PDF 2.37 M (204) 评论 (0) 收藏

      摘要:鉴于非饱和土地基振动问题的普遍性和复杂性,环境振动下非饱和土地基振动控制已成为土动力学的研究 热点。基于单相弹性介质和非饱和多孔介质理论,对简谐荷载作用下非饱和土地基中设置单相固体波阻板的隔振 效果进行了研究。考虑地表排水排气的边界条件,利用Fourier积分变换和Helmholtz矢量分解原理,建立了动荷载 作用下地基动力响应的计算列式。分析了非饱和土地基中土体饱和度、荷载频率、波阻板的埋深、厚度以及弹性模 量对其隔振性能的影响规律。结果表明:非饱和土地基中设置波阻板能够取得很好的隔振效果。地表位移幅值随 饱和度和波阻板埋深的减小而显著降低,随荷载频率、波阻板的厚度和弹性模量的增大而明显减小。

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    • 虑车轮多边形演化的动车组轴箱轴承载荷及寿命分析

      2023, 36(4):1146-1155.

      摘要 (40) HTML (13) PDF 2.85 M (181) 评论 (0) 收藏

      摘要:以某型250 km/h级动车组为研究对象,考虑轴箱轴承的时变刚度特性、轮对轴箱与轨道的柔性,建立了轴 承?车辆?轨道刚柔耦合动力学模型,研究了实测车轮多边形演化下轴承滚道载荷与疲劳寿命的发展规律,揭示了车 轮多边形对轴承载荷的影响机理。结果表明,随着运营里程的增加,车轮多边形磨耗幅值总体上不断增大,导致轴 箱轴承外滚道接触载荷最大值与8和9号滚道的接触载荷标准差均呈现增长趋势;轴承每千米的损伤值也会不断增 大,最高可达1.4×10?7,额定寿命则会不断减少;车轮经过镟修后,外滚道最大接触载荷降低了14%,9号滚道载荷 标准差降低了56%,轴承每千米的损伤值降低了39%,故及时镟轮可以明显改善滚道载荷环境,延长轴承寿命。此 外,当车轮多边形通过频率与钢轨局部弯曲模态产生耦合后,轴承载荷会更加恶劣。因此,针对该型动车组,在运行 1.5×105 km后,应适当增加车轮不平顺的检测频次,并重点关注14,15,25和26阶多边形磨耗幅值。

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    • 励磁绕组短路下关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响

      2023, 36(4):1156-1168.

      摘要 (33) HTML (14) PDF 7.40 M (191) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了励磁绕组短路下,关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响。关键运行参数包括短路 程度、短路位置,以及电机负载率;转子动力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性、径向振动响应特性,以及转子 铁芯动力学响应规律。基于柔性转子不平衡磁拉力激励与振动响应的理论分析、有限元仿真计算,以及动模试验来 探索不同运行参数造成动力学特性差异的规律。结果表明:正常情况下转子不平衡磁拉力趋于零,转子振动以常规 基频和定子传递过来的各偶次倍频为主;励磁绕组匝间短路下,转子不平衡磁拉力及其振动响应将产生新的奇次倍 频成分,且通频振动幅值增大。随着短路程度或负载的增加,转子不平衡磁拉力与振动响应的基频将增大;短路位 置越靠近大齿处,转子不平衡磁拉力与振动幅值越大;转子铁芯大齿的外表面和内槽表面边沿为动力学响应的危险 位置。

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    • MHSACAE-CNN在噪声下的电机轴承故障诊断

      2023, 36(4):1169-1178.

      摘要 (92) HTML (0) PDF 2.36 M (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:电机的运行情况复杂,实际运行工况下会有大量的噪声,导致其轴承故障诊断精度下降。为了改善这一问 题,提出了一种基于多头自注意力机制的一维全卷积自编码网络(One-dimensional Fully Convolutional Autoencod? ing Network Based on Multi-head Self-attention, MHSACAE)与 卷 积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)结合的轴承故障诊断方法。该方法先采用MHSACAE网络进行降噪,再通过CNN进行故障诊断。其中 MHSACAE去噪网络采用无监督训练的方式,充分考虑了实际工况和序列数据内在联系,在实现对噪声的滤除效 果的同时,最大限度地保留下了原始的故障信息,使得CNN可以实现在噪声情况下对电机轴承故障的高精度诊断。 通过与其他轴承故障诊断方法在噪声情况下进行对比,证明提出的方法具有更好的效果。

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