摘要:伴随我国经济快速发展，火/核电厂大型冷却塔建设保持快速增长势头，呈现超高、超大的发展趋势。风荷载作用下的冷却塔塔筒壳体风致稳定和结构风振效应成为结构设计建造的关键控制因素。笔者从理论分析、试验模拟、数值计算、现场实测4个方面论述了冷却塔风致稳定和风振效应系列研究进展，阐明了基于环向均匀加载的冷却塔稳定验算公式难于适用复杂风压条件下壳体弹性稳定分析与评估，强调了基于现场实测建立超高雷诺数条件下动态绕流物理风洞试验模拟准则的必要性，推荐开展风致动力分析中冷却塔结构阻尼比实测工作。面向台风和龙卷风等特异风灾气候结构效应研究的现实需求，亟需开展特异风场作用下大型冷却塔壳体失稳和结构风振效应和机理的研究。

摘要:针对直线超声电机驱动的并联微夹持器手指的振动问题，提出了一种基于状态反馈的主动控制方法来抑制微夹持器手指的振动，提高了微夹持器的稳定性。首先，利用有限单元法建立了微夹持器系统中圆盘与活动手指的动力学模型，并推导其状态方程；其次，分析该振动系统的能控性和稳定性，采用极点配置法得到状态反馈矩阵，设计了振动反馈控制律，通过Simulink对该反馈系统进行仿真分析，验证了主动控制对手指振动的抑制效果；最后，利用该控制系统分别对微米级的钢珠以及茶花花粉细胞进行夹取实验。结果表明，该主动控制策略下微夹持器的夹持性能及稳定性能够满足微纳定位精度的要求。

摘要:针对粘接界面质量难以检测与评价的问题，提出了一种空气耦合超声导波检测方法。基于超声导波在双层介质中传播特性和界面弹簧模型理论，推导出了不同粘接界面条件下的频散方程。通过对频散方程的数值求解，获得了刚性粘接、滑移粘接和完全脱粘3种粘接界面质量的频散曲线。频散曲线分析表明：在A0模态的一定频率范围内，界面趋于刚性粘接时导波的传播相速度大于滑移粘接的相速度，完全脱粘时相速度频散曲线出现双重对称与反对称模式，这与上下单层频散曲线重合。采用3种不同粘接界面质量进行了超声导波实验，由实验获得的导波相速度与数值计算结果基本吻合，刚性粘接条件下的导波幅值和声能量最小，完全脱粘条件下的导波幅值和声能量最大。该结果为超声检测不同粘接界面质量奠定一定的理论基础。

摘要:针对目前机械密封应用领域高可靠性的要求，提出了基于随机过程的可靠性分析及磨损寿命预测方法。以密封端面磨损量为研究对象，设计适用于机械密封的加速退化试验以获得磨损退化数据。基于退化模型Gamma过程描述其磨损退化过程，引入双应力逆幂率模型作为加速模型描述转速、弹簧力与退化速率间的关系，从而建立机械密封可靠性分析与寿命预测模型。通过极大似然估计法求解模型参数，结合加速模型外推出多个应力水平下的模型参数并进行失效概率分析，对机械密封在不同可靠度需求下的可靠寿命及不同工作条件下的平均寿命作出了预测。结果表明，Gamma过程适用于描述机械密封的磨损退化过程，通过双应力逆幂率模型外推获得各应力水平下的可靠度及寿命，此方法比传统的机械密封寿命预测方法具有更好的实用性和灵活性，可为密封产品确定维修周期及保证安全运行提供重要参考。

摘要:在考虑液压弹簧力和液压摩擦力的基础上建立了管片拼装机提升系统的动力学模型，对管片拼装机提升系统的振动特性进行仿真，分析了管片拼装机在拼装不同位置管片时扼架的振动特性，并进行试验测试，提出了拼装机提升系统的抑振方法。结果表明：在拼装不同位置的管片时，拼装机扼架存在等幅周期性振动，振动速度范围为8~35 mm/s，振动位移幅值的范围为0.06~0.3 mm，试验测试得到的管片拼装机在拼装标准块A1和A2时扼架的振动位移分别为0.2 mm和0.4 mm，与仿真结果相一致。通过改变液压缸的无杆腔和有杆腔的直径能够改变液压弹簧的刚度，当调整液压缸无杆腔和有杆腔的直径分别为140 mm和70 mm时，会降低扼架的振动量，但系统中仍然存在高频等幅的周期性震荡，需要通过优化液压控制系统来改善提升系统的性能。该研究结果为管片拼装机提升系统的优化设计及抑振提供了理论参考。

摘要:控制管道振动响应是城区临近埋地管道爆破施工过程中的关键。针对城区土?岩地层二元结构特点，结合爆炸应力波传播理论，推导了可表征爆炸应力波穿过土?岩界面后施加至埋地管道的爆破振动荷载衰减公式。采用Kelvin黏弹性地基模型模拟管?土相互作用，同时结合Timoshenko梁理论，考虑大直径管道的转动惯量及剪切变形对管道振动特性的影响，构建了可用于表征城区土?岩地层爆破应力波作用下大直径管道动力响应的平衡微分式及其拉普拉斯变换求解方法。为了验证解析方法的合理性，结合邻近管道的现场爆破试验并以此为算例，通过现场试验过程管道振动速度监测数据的对比分析，表明该解析方法能准确计算城区土?岩地层埋地管道爆破振动响应。

摘要:为考察充气天线结构反射面膜材的低温力学性能，对厚度为25μm的Kapton（聚酰亚胺）高分子膜材，沿机器展开方向（machine direction，简称MD）和垂直方向（transverse direction，简称TD）2个方向按相应规范裁取长条型试样，进行了5种温度（20，0，-10，-40和-70℃）下的单向拉伸性能实验，得到低温下该膜材应力?应变曲线，从微观层面解释随温度降低膜材拉伸曲线由非线性过渡至线性的变化机理。在低温单向拉伸实验基础上，提出Kapton膜材强度的温度影响系数，获取抗拉强度、断裂延伸率、等效屈服应力、屈服应变和拉伸弹性模量随温度影响系数的变化规律，同时给出各力学性能参数随温度变化的拟合公式。该实验结果为Kapton膜材低温使用环境下的强度设计分项系数取值提供依据，同时为充气可展天线结构在轨极端温度场效应测试提供材料性能的基础数据。

摘要:在城市地铁爆破开挖过程中，要保证邻近高架桥的安全稳定，其关键在于分析爆破振动作用下高架桥结构动力响应特性。以武汉地铁八号线街道口站—小洪山站区间地铁联络通道爆破开挖工程为依托，利用ANSYS/LS-DYNA建立三维有限元数值计算模型，结合现场监测数据分析地铁联络通道爆破开挖作用下高架桥的动力响应特性。研究结果表明：下穿爆破过程中高架桥振速与爆源距离存在负相关关系，高架桥正下方爆破时为最危险工况；高架桥桥墩峰值振速与位移之间存在正相关关系。结合我国《城市桥梁抗震设计规范》，提出桥墩爆破极限控制振速为4.55cm/s，旨在为实际爆破工程提供指导。

摘要:基于粗糙界面的分形接触模型，引入曲面接触系数来表征齿轮在啮合过程中曲率和基体变形对啮合界面微凸体分布函数的影响，提出了一种考虑齿轮啮合界面粗糙形貌的齿轮时变啮合刚度修正算法，获得了表面形貌参数、材料特性参数和输入转矩对齿轮时变啮合刚度特性的影响规律。结果表明，齿轮时变啮合刚度随着表面粗糙度的增大而减小，随着材料强度和输入转矩递增。

摘要:以弹簧连接移动双柔性梁系统为实验对象，研究多柔体系统的振动特性和振动主动控制问题。针对移动双柔性梁系统存在建模的复杂性和耦合非线性等问题，基于系统的动态线性化数据模型，研究无模型自适应控制算法在多柔体振动主动控制领域的应用。设计并搭建移动双柔性梁实验平台，进行基于压电驱动器和伺服电机混合控制的双柔性梁振动抑制实验研究。实验结果表明，无模型自适应控制器可实现对振动的快速抑制。

摘要:为了准确预测机床的加工空间动态特性，首先，建立双转台五轴机床不同加工空间的动力学模型和Kriging预测模型；其次，根据试验模态分析结果，修正了机床滑动结合面的刚度，分析了81个工作位置的机床模态；最后，选取机床动态特性变异函数，基于三维Kriging预测模型分析了双转台五轴机床不同加工空间的系统固有频率。结果表明：随着摆台摆角的变化，双转台五轴机床加工空间中的系统固有频率变化范围为46.2~52.9 Hz；当摆台摆角为0°时，系统固有频率最小；当摆台摆角为45°时，振动幅值最大；机床的加工空间动态特性预测能够为加工路径规划和刀具姿态选择提供技术支持。

摘要:针对不同入口油温下浮环轴承因受热变形而改变涡轮增压器转子系统振动特性的问题，提出从浮环轴承的热弹性变形角度研究高速涡轮增压器转子系统的临界转速变化规律。首先，实验测量3种典型入口油温下浮环轴承处的温度，基于热固耦合分析得到浮环轴承热弹性变形后轴承的内外间隙值，发现随着入口油温从20℃增加到70℃和120℃，内油膜间隙分别增大13%和31%，外油膜间隙分别减小7%和15%；其次，研究浮环轴承间隙与油膜动力特性系数间的关系，发现内油膜刚度和外油膜刚度都随着入口油温增加而减小；然后，基于有限元法构建了涡轮增压器转子系统动力学模型，采用瞬态升速分析得到转子系统临界转速，其与实验测试结果的误差仅为1.5%，表明仿真模型参数选取合理；最后，分析了3种入口油温下因浮环轴承发生热弹性变形而引发涡轮增压器转子系统临界转速变化的规律，发现随着入口油温升高，转子系统临界转速下降。该结论对高速涡轮增压器结构设计和故障诊断具有一定参考价值。

摘要:为推进转角响应数据在桥梁检测评估领域的应用，提出针对梁端转角的高精度动态测试方法，并设计制作相应的转角测试装置。该测试装置连接桥梁底板和桥墩，将未知转角信息依次转换为位移信息和应变信息，通过对应变信号的高精度动态感知来反算测点所在截面相对于桥墩的转角。针对转角测试装置具体参数，分析该装置的量程、灵敏度、工作荷载和理论分辨率，揭示其用于梁端小角度测试的明显优势。利用转角测试装置开展室内试验研究，多次试验的数据分析表明：应变测量值与实际转角值存在明显且稳定的线性关系；装置具有较高的灵敏度，且与理论值接近。试验研究进一步验证了基于应变感知进行梁端转角高精度动态测试的可行性。

摘要:易变形结构在钻削过程中因受力而产生形变，不能根据刀具的钻削距离判断刀具所处状态。钻削过程中刀具切入易变形结构不同的位置会产生不同幅度的振动，通过对加速度传感器采集到的振动信号进行快速傅里叶变换（fast Fourier transform，简称FFT），将钻削过程分为5个状态。通过计算系统基频整数次谐波分量幅值的变异系数，选取部分谐波分量的幅值作为特征量进行阶段监测。选用线性转换和对数转换相结合的方式实现输入数据的归一化，输入到支持向量机与多层前馈（back propagation，简称BP）神经网络进行钻削状态分类。实验表明：支持向量机在所有钻削状态的识别准确率在85%以上，部分钻削状态的识别准确率达到了100%；BP神经网络分类器的识别准确率略低于支持向量机。根据所识别的状态控制刀具在即将钻透时停止，测量易变形结构剩余厚度验证了该方法的精确性。

摘要:为了解决电磁混合主动悬架在发生故障时导致的系统失稳现象，设计了一种多模式切换容错控制策略。分别建立了1/4车辆二自由度悬架模型、直线电机数学模型及电磁阀减振器多项式模型。采用未知输入观测器对悬架状态进行估计，以悬架系统簧载质量加速度为正常状态切换条件，以簧载质量加速度残差和稳定模块为故障状态切换条件，设计了一种多模式切换容错控制策略。仿真分析了多模式切换容错控制策略下悬架的动态性能，并开展台架试验。试验结果表明：在多模式切换容错控制下，簧载质量加速度均方根值相比故障状态降低31.35%；多模式切换容错控制策略可以实现悬架在正常状态与故障状态的模式切换，且悬架的动态性能得到改善。

摘要:为了研究雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响，以NACA4418翼型为研究对象，通过风洞测压试验的方法，研究了安装涡流发生器翼型在从低到高不同雷诺数下气动性能变化规律和翼型表面绕流场特性，对比分析了涡流发生器参数对翼型气动性能的影响。结果表明：随着雷诺数的增大，涡流发生器增升减阻作用逐渐增强，抑制边界层分离的攻角范围逐渐增大，安装涡流发生器翼型的边界层分离位置逐渐后移；不同雷诺数时，不同高度的涡流发生器最佳安装位置均为翼型吸力面20%弦长位置，此时增升减阻效果最佳，但5 mm高涡流发生器的增升减阻效果优于3 mm高涡流发生器。

摘要:为研究动态轧制过程轧机振动复杂工艺机理和工艺优化方法，利用生产过程工艺数据和设备状态数据建立数据模型，研究了工业数据在轧机稳定预测和控制中的应用方法。以某1 580 mm热连轧机F3机架垂直振动为研究对象，跟踪记录和采集板带生产过程轧辊振动数据和轧制工艺参数，并完成工业生产数据筛选、清洗和归一化处理工作；搭建机理数据双向驱动的贝叶斯神经网络数据模型，用动态工艺参数和工作辊垂直振动加速度完成数据训练和验证。仿真分析结果表明：通过贝叶斯分类器和神经网络数据模型相结合的方法，可实现应用工业生产过程工艺参数对轧机运行状态高精度预测的目的。根据模型揭示的工业数据关系，分析了轧制力和轧制速度合理控制范围，通过数据模型验证了抑振效果显著。本研究对实现工业数据在轧制过程智能化控制中的应用具有参考意义。

摘要:传统的钢丝绳隔振器设计依赖大量试验数据，新产品开发成本高且测试周期长。为解决此工程问题，首先，通过空间坐标系变换建立三次螺旋的钢丝绳隔振器空间轨迹方程，并利用Matlab及Pro/E软件得到钢丝绳各芯丝空间曲线及等效钢丝绳隔振器三维模型；其次，针对不同结构参数的钢丝绳隔振器，利用ABAQUS分析并计算了等效冲击刚度和冲击损耗因子，通过冲击试验对仿真结果进行验证。研究结果表明：截面直径对等效冲击刚度的影响最为显著；螺旋直径对冲击损耗因子的影响最显著；等效冲击刚度和冲击损耗因子与几何结构参数皆呈非线性关系。试验数据表明，仿真结果的误差不超过10%。该研究结论可为抗冲击钢丝绳隔振器的设计和制造提供理论指导。

摘要:为了使含有多跨转子的大型磁悬浮旋转机械系统能够稳定运行，开展联轴器不对中对转子动态特性的影响规律研究。通过将联轴器不对中量等效为施加在转子上的旋转力，建立具有联轴器不对中的磁悬浮转子系统数学模型。基于该模型仿真分析了转子的轴心轨迹和振动频谱，给出转子位移信号中转速二倍频分量幅值与转速、联轴器不对中量之间的关系，并进行磁悬浮轴承?转子系统联轴器不对中实验。实验结果表明：在一定转速下，随着联轴器不对中量增大，转子位移转速二倍频信号幅值近似呈线性增加，约为每增加0.1 mm不对中量，二倍频位移信号幅值增大1.53μm。

摘要:尖劈是风洞生成边界层风场的主要装置，对下游风场的剖面特征有明显的控制作用，但由于作用机制不明确，在风场调试中大多是依据经验布置尖劈，调试效率低。笔者通过风洞试验，得到了3种常用形状（梯形、三角形及曲边三角形）尖劈下游的风速剖面和湍流度剖面特征，并测试了尖劈数量、高度的影响。结果表明：尖劈形状与生成边界层风场的范围高度、指数率直接相关，尖劈的平均宽度越宽，影响高度越高，指数率越大；增加尖劈数量可提高下游风场的指数率，但对风场范围影响很小；抬高尖劈的高度可增加下游边界层风场的高度，配合使用挡板及粗糙元，可以快速调试出目标风剖面。

摘要:针对某型号装载机在平整路面上、以特定车速直线行驶时出现的整车垂向振动、整车俯仰振动和座椅垂向振动问题，为识别和研究该异常振动关键影响因子及其变化规律，通过对振动特征的分析，建立了装载机四自由度振动系统理论模型，并利用状态空间法求解得到了四阶固有频率及其模态振型向量。为了验证理论振动模型及其求得的模态参数的有效性，对该异常振动工况进行了工作模态分析（operational modal analysis，简称OMA）实验，成功识别出了其模态特征。两者对比结果显示，理论模型获得的模态特征向量与OMA实验获得的模态振型基本一致，且模态频率理论值与OMA实验获得的测试值的偏差小于5%，较好地验证了该振动理论模型的有效性和准确性。最后，依据该振动模型识别出轮胎垂向刚度为其关键参数之一，研究了轮胎垂向刚度对装载机机身垂向振动和俯仰振动2种固有频率的影响规律。

摘要:针对涡旋压缩机振动信号的不稳定性及难以获取大量故障样本的问题，提出了一种信息熵融合与粒子群优化（particle swarm optimization，简称PSO）的支持向量回归（support vector classification，简称SVC ）涡旋压缩机故障诊断方法。通过奇异谱熵和功率谱熵分析，分别提取振动信号时域与频域特征，采用变分模态分解（variational mode decomposition，简称VMD ）能量熵衡量故障振动信号时?频域特征，利用因子分析融合奇异谱熵、功率谱熵和能量熵值得到单一评价指标特征向量。将评价指标作为PSO-SVC模型的输入，通过训练建立PSO-SVC涡旋压缩机故障分类模型。实验结果表明，该方法在小样本情况下，仍能有效地对涡旋压缩机4种典型故障类型进行分类，准确率达到94.5%。

摘要:针对实时监测得到的振动信号，从图像角度出发，提出了一种新的特征提取方法。首先，将实时监测得到的连续信号划分为独立的循环片段，将各个片段内的一维振动信号重构成二维灰度图像，在此基础上对灰度图像进行特征提取；其次，通过计算相邻周期图像间的相似性建立能描述机械运行动态特性的量化指标；然后，采用拉依达准则对机械设备运行状态进行实时监测与异常决策；最后，基于转速变化检测、（外部）负载变化检测以及早期轴承故障检测这3种典型的工程应用，对提出方法进行了验证。实验结果表明，对以上3种典型的工程应用场景均可实现100%的准确检测，证明了本研究方法的有效性。

摘要:提出一种利用常规单振动台考虑行波效应的试验方法。为了验证该试验方法的可行性，首先，将模型箱简化为通过弹簧、阻尼器连接的主动块和从动块，理论推导两质量块模型和三质量块模型的弹簧、阻尼参数的计算公式，并通过数值案例验证公式的准确性；其次，设计并实施两质量块和三质量块模型的小型单向振动台试验。试验结果表明，在简谐荷载激励下从动块加速度响应主频和时滞与目标值非常接近，表明通过弹簧阻尼器来实现行波效应的方法具有一定的可行性。该研究结果可为考虑行波效应的非一致振动试验提供参考。

摘要:针对电磁加载装置电磁力在动态载荷模拟试验中的不稳定现象，为了给水力机械中的水润滑轴承性能研究提供准确载荷，电磁力动态变化机理需深入研究。首先，通过理论推导得到了电磁加载装置电磁力动态变化数学模型；其次，建立了电磁加载装置物理模型并进行有限元分析，获得了电磁力、磁阻力矩与磁通密度等参数的变化规律；最后，进行了电磁加载装置电磁力动态试验测试。理论、仿真与试验测试对比分析结果表明：电磁力动态变化与轴转速变化、轴偏心密切相关；轴转速升高，电磁铁表面涡流与集肤效应逐渐增强，加载盘表面磁阻增大，电磁力逐渐减小；轴偏心会引起轴与电磁铁间隙变化，从而导致电磁力变化；在0.5~1.5 A电磁铁电流激励下，轴无偏心与存在偏心时，电磁力仿真与试验结果的最大误差分别为6.8%，6.1%。

摘要:为了减少损伤识别所需传感器数量，降低监测系统造价及海量数据的处理成本，提出了基于单传感器数据结合格拉姆角场（Gramian angular field， 简称GAF）和卷积神经网络（convolutional neural networks，简称CNN）的结构损伤识别方法。采用GAF理论将原始振动信号分别转换为格拉姆角和场（Gramian angular summation field，简称GASF）和格拉姆角差场（Gramian angular difference field，简称GADF）二维图像，以转换后的GASF和GADF两类图像数据集为输入，基于LeNet-5结构下的浅层卷积神经网络模型，训练最优二维CNN模型用于结构损伤识别。以国际桥梁维护和安全协会提出的结构健康监测基准模型结构及一榀钢框架结构为例，研究振动信号转化为二维图像算法、卷积神经网络模型参数、传感器布置位置及测量噪声对识别结果的影响。结果表明：所提算法仅需单个传感器数据即可实现损伤识别的目的，数值模拟及模型试验的损伤识别准确率均为100%，单条样本测试时间为8.5ms左右，满足结构健康监测在线损伤识别的需求，且受传感器布置位置和噪声程度影响较小；GADF图较GASF图收敛效率更高，震荡幅度更小，受局部最优值影响较小，在样本数量规模一致的状态下，更易训练生成最优二维CNN模型。

摘要:针对涡桨飞机飞行中发动机振动剧烈的问题，以降低发动机振动向飞机机体的传递为目的，基于橡胶隔振原理设计了一种全尺寸大功率涡桨发动机隔振系统。以刚性边界支撑条件下力的传递率为隔振性能评价准则，设计了涡桨发动机隔振性能试验系统，通过试验方法研究了不同激励对隔振系统隔振性能的影响。试验研究结果表明：发动机在70 Hz处不同峰值载荷的一阶激励，隔振效率达到95%以上；发动机在15~2 000 Hz内不同均方根值的随机激励下，隔振效率达到75%以上；由相位差法测试得到系统的损耗因子大于2.2。可见，该隔振系统具有优良的阻尼性，本研究可为涡桨发动机隔振系统设计与性能验证提供技术支撑。

摘要:针对变工况条件下轴承训练数据集和测试数据集存在分布差异，导致智能诊断模型泛化能力不足，且需针对不同任务分别建模问题，提出一种基于多尺度混合域特征提取（multi-scale mixed domain feature extraction，简称MMDFE）和领域自适应（domain adaptation， 简称DA）的滚动轴承智能故障诊断方法。首先，引入变分模态分解提取多尺度混合域特征，构建完备的特征空间；其次，通过随机森林算法实现特征的降维和优选，消除冗余信息；然后，应用优选后的特征结合流形嵌入式分布对齐方法实现不同领域数据的分布对齐及跨域诊断；最后，采用不同工况下的数据集进行验证，并与传统的智能诊断方法和迁移学习方法进行对比，结果表明，所提方法可以准确有效实现跨域诊断。