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舱段主动隔振系统作动器配置优化

振动与冲击 2024年第1期43卷 91-98页

作者：巫頔谢溪凌张志谊上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所上海200240

针对舱段主动隔振系统中作动器配置优化问题,给出一种优化模型和方法,通过数值计算进行方法验证。首先建立了多通道舱段主动隔振系统的动力学模型,然后将作动器配置优化转换为约束0-1非线性规划问题,以系统监测点响应为优化目标函数,作... 详细信息

针对舱段主动隔振系统中作动器配置优化问题,给出一种优化模型和方法,通过数值计算进行方法验证。首先建立了多通道舱段主动隔振系统的动力学模型,然后将作动器配置优化转换为约束0-1非线性规划问题,以系统监测点响应为优化目标函数,作动器启用状态为自变量,最后采用教与学优化(teaching and learning-based optimization,TLBO)算法寻找最优配置。仿真计算结果表明,对于不同的激励,多通道主动隔振系统的最优配置不同,即存在对应给定激励下抑制壳体振动与声辐射的最优配置。

关键词：主动振动控制教与学算法(TLBO) 配置优化

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基于压电驱动的圆柱壳内振源振动传递控制

振动与冲击 2024年第1期43卷 246-251页

作者：贺佩韬王双立耿小明谢溪凌张志谊上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学振动、冲击与噪声研究所上海200240 中国船舶集团有限公司第705研究所西安710077

针对圆柱壳内振源振动通过环形支承向壳体传递的问题,提出一种基于压电作动器的主被动支承隔振方案,并通过振源-主被动支承-壳体耦合系统进行振动控制分析。根据Flugge壳理论,采用波传播法建立圆柱壳体振动模型,同时采用有限元方法建立... 详细信息

针对圆柱壳内振源振动通过环形支承向壳体传递的问题,提出一种基于压电作动器的主被动支承隔振方案,并通过振源-主被动支承-壳体耦合系统进行振动控制分析。根据Flugge壳理论,采用波传播法建立圆柱壳体振动模型,同时采用有限元方法建立振源及主被动支承的振动模型,最终使用子结构频响函数综合获得耦合系统振动模型。基于耦合系统模型和理想控制假设,在频域给出壳体振动可控性,并通过振源-主被动支承-壳体试验系统验证控制的有效性。仿真与试验结果表明,基于压电作动器的主被动隔振方案能显著降低壳体的宽带和线谱振动。

关键词：主动控制压电驱动振动传递圆柱壳体

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采用生理响度感知机制的车内噪声声品质预测

声学学报 2024年第2期49卷 246-253页

作者：刘后广赵禹饶柱石贺志恒杨建华刘送永中国矿业大学机电工程学院徐州221116 比亚迪汽车工业有限公司汽车工程研究院深圳518118 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

现有车内噪声声品质预测的响度计算中没有考虑真实人耳生理解剖结构的传声特性,因此提出了一种基于生理响度感知模型的车内噪声声品质预估方法。首先,采集两款轿车的车内噪声样本,并通过主观评价试验得到车内噪声的主观评价烦恼度。之后... 详细信息

现有车内噪声声品质预测的响度计算中没有考虑真实人耳生理解剖结构的传声特性,因此提出了一种基于生理响度感知模型的车内噪声声品质预估方法。首先,采集两款轿车的车内噪声样本,并通过主观评价试验得到车内噪声的主观评价烦恼度。之后,整合中耳集总参数模型与耳蜗传输线模型,构建生理响度模型。然后,以生理响度模型的响度计算值为主要参数,结合尖锐度、粗糙度与车内噪声的主观评价值,通过TabNet模型构建了车辆声品质预测模型。最终,对比分析了所构建声品质模型与基于现有标准响度模型所构建的声品质模型的预测效果。结果表明,采用生理响度模型的声品质预测平均误差百分比仅有4.73%,优于采用Moore响度(6.13%)与Zwicker响度(6.94%)的声品质预测结果。此外,所构建的TabNet声品质预测模型的平均误差百分比也低于基于BP神经网络模型的平均误差百分比(7.60%)。采用生理响度模型的TabNet声品质预测能够提高车内噪声声品质客观评价的准确率。

关键词：车内噪声声品质生理响度感知 TabNet网络听觉外周

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拓扑超材料中弹性波模式分离及能量聚集

力学学报 2024年

作者：陈康康董兴建彭志科孟光宁夏大学机械工程学院上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室振动冲击噪声研究所

在凝聚态物理系统中的拓扑超材料，由于其反常的物理现象，在信息处理与能量应用方面展现出巨大的潜力。近些年来，受凝聚态物理中拓扑现象的启发，经典波动系统中的力学拓扑现象受到越来越多的关注。弹性波，作为振动的重要载体，广泛... 详细信息

在凝聚态物理系统中的拓扑超材料，由于其反常的物理现象，在信息处理与能量应用方面展现出巨大的潜力。近些年来，受凝聚态物理中拓扑现象的启发，经典波动系统中的力学拓扑现象受到越来越多的关注。弹性波，作为振动的重要载体，广泛存在于工程与自然环境中。作为一种矢量波，弹性波相对于声波与电磁波等标量波展现出更复杂的多分量传输特性，在调控与应用方面存在诸多困难。在本研究中，将以拓扑超材料为基础，围绕弹性波分解与力学应用展开。本文首先利用设计的声子晶体实现了双重狄拉克锥，并通过在声子晶体中引入几何扰动，实现了弹性波面内和面外模式的拓扑相分离；通过不同拓扑相的组合，构造了具有不同波传输特性的拓扑边界态，实现了弹性波面内和面外模式的分离；进一步地，基于耳语回廊（Whispering Gallery）模式引发的能量局域化，弹性波面内和面外分量的能量实现了分区域聚集，为振动能量高效俘获提供了思路。弹性波模式分离及其引发的能量聚集均采用实验进行了验证。本文阐明了拓扑超材料在弹性波分量调控与能量应用中蕴含巨大潜力，对振动信号处理与能量俘获等应用具有积极意义。

关键词：弹性波拓扑超材料模式分离能量聚集谷霍尔效应

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船舶螺旋桨推力的在线高精度辨识方法

中国舰船研究 2024年第3期19卷 310-318页

作者：马相龙吴昊邹冬林薛林塔娜饶柱石上海船舶设备研究所上海200031 上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

[目的]螺旋桨推力在轴系上产生的微弱形变信号易被干扰噪声所淹没,导致难以准确测量其推力,故提出一种在低信噪比下仍具有很高精度的螺旋桨推力测量方法。[方法]综合考虑测量数据误差的影响以及数据中潜藏的力学机制,基于Kalman滤波结... 详细信息

[目的]螺旋桨推力在轴系上产生的微弱形变信号易被干扰噪声所淹没,导致难以准确测量其推力,故提出一种在低信噪比下仍具有很高精度的螺旋桨推力测量方法。[方法]综合考虑测量数据误差的影响以及数据中潜藏的力学机制,基于Kalman滤波结合推力–位移状态方程建立轴系推力辨识模型,并以恒定转速、变转速及低频波动转速3种工况为例开展轴系推力测量研究,分析不同信噪比下该方法的推力辨识精度与鲁棒性。[结果]研究结果表明,当信噪比仅为20 dB时,推力辨识的最大相对误差仅为3.56%,验证了其在低信噪比下的高精度辨识能力与鲁棒性。[结论]研究成果可为实船环境下螺旋桨推力及轴系状态的在线实时高精度监测提供参考。

关键词： Kalman滤波推力辨识推进轴系位移测量在线监测

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推进轴系弯-纵耦合非线性效应对推力测量精度影响研究

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船舶力学 2024年第7期28卷 1063-1072页

作者：邹冬林马相龙吴昊薛林杨宇泽塔娜饶柱石上海交通大学振动、冲击、噪声研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海船舶设备研究所上海200031 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

高精度监测推进轴系推力对船舶快速性预报、船-机-桨优化匹配及轴系健康管理等具有重要意义。然而,对于超长推进轴系,由于其跨距大、细长比(轴系半径与长度之比)小、且承受推力大,此时轴系将产生严重弯-纵耦合非线性变形。这将对基于应... 详细信息

高精度监测推进轴系推力对船舶快速性预报、船-机-桨优化匹配及轴系健康管理等具有重要意义。然而,对于超长推进轴系,由于其跨距大、细长比(轴系半径与长度之比)小、且承受推力大,此时轴系将产生严重弯-纵耦合非线性变形。这将对基于应变或变形位移等形变信息来测量推力的方法产生重要影响。因此,本文研究推进轴系弯-纵耦合非线性效应对推力测量精度的影响。考虑Von Karman非线性位移-应变关系,利用Hamilton变分原理结合有限元方法建立推进轴系非线性力学模型,研究弯-纵耦合效应对轴系变形位移和应变的影响规律,以及由此引起的推力测量误差。研究结果表明:在低转速时,轴系弯-纵耦合效应较弱,对推力测量影响很小;高转速时,忽略轴系弯-纵耦合效应将引起较大测量误差(240 r/min时,误差可达13.95%);测点越靠近螺旋桨,弯-纵耦合效应越强,推力测量误差越大,因此将测点布置在轴系前端推力轴承附近可有效减少轴系弯-纵耦合效应引起的测量误差。研究结果对跨度大、细长比小的超长轴系推力测量有指导意义。

关键词：推进轴系推力测量非线性弯-纵耦合有限元法

斜激波冲击下层合壁板-空腔系统流-固-声耦合动力学分析

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力学学报 2024年第6期56卷 1752-1761页

作者：刘昊瞿叶高孟光上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240

斜激波作用下复合材料壁板-空腔系统气动弹性问题涉及非线性气动力、壁板大变形振动和声腔流体声波的强耦合作用,是高速飞行器弹性壁板设计中关注的重要问题.以往研究主要分析声腔恒定压力对壁板颤振特性的影响,忽略了声场与结构之间的... 详细信息

斜激波作用下复合材料壁板-空腔系统气动弹性问题涉及非线性气动力、壁板大变形振动和声腔流体声波的强耦合作用,是高速飞行器弹性壁板设计中关注的重要问题.以往研究主要分析声腔恒定压力对壁板颤振特性的影响,忽略了声场与结构之间的动态耦合特性.为了弥补这一研究缺陷,文章提出一种隐式分区计算方法实现对高速可压缩流体、大变形壁板和声腔流体声波3个物理场进行强耦合计算.基于任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)框架的有限体积法求解可压缩黏性流体Navier-Stokes方程,采用高阶剪切锯齿理论和有限元方法建立复合材料壁板非线性动力学模型,采用波动方程描述空腔内可压缩声学流体.揭示了空腔物理参数(声学流体密度、平均压力和空腔深度等)对壁板-空腔系统气动弹性响应的影响规律,发现了若干新现象:改变空腔物理参数可导致壁板运动从定点稳定静变形转变到周期极限环颤振;空腔内声学流体的“弹簧效应”导致壁板表面声压载荷反相位作用于壁板运动;特定空腔深度比下,空腔声模态变化会改变声压脉动与壁板振动的相位关系,导致壁板临界颤振动压降低.

关键词：流-固-声耦合非线性壁板颤振壁板-空腔系统气动弹性

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静风荷载下大跨斜拉桥上无缝线路受力与变形

振动与冲击 2024年第3期43卷 7-13页

作者：张鹏飞温月李兆泉华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心南昌330013

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工... 详细信息

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例,基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型,分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明:桥梁及桥上轨道结构三向(应)力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近;各结构三向(应)力中,底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大,约为横向应力峰值的8倍,约为竖向应力峰值的7倍、15倍,轨道板结构表现为横向应力峰值最大,且与其余两向应力峰值之间差距较小;各结构三向位移中,横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值,纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值,其中,横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍;桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反,即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。

关键词：高速铁路大跨斜拉桥静风荷载桥上轨道结构

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一种小动静比橡胶隔振器仿真与试验

噪声与振动控制 2024年第2期44卷 256-260页

作者：李杨黄修长苏智伟焦素娟郑智伟张啸涵上海交通大学振动冲击噪声研究所机械系统与振动全国重点实验室上海200240 上海船舶设备研究所船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心上海200031 五邑大学智能制造学部广东江门529020

通过隔振器内部结构设计,在保证承载能力的同时降低橡胶隔振器的动态刚度。开展橡胶隔振器的静态变形、在给定静变形下的动态仿真分析,表明该隔振器在静态力-位移曲线上具有负斜率特性,对应隔振器内部结构的失稳变形;进行隔振器的静压... 详细信息

通过隔振器内部结构设计,在保证承载能力的同时降低橡胶隔振器的动态刚度。开展橡胶隔振器的静态变形、在给定静变形下的动态仿真分析,表明该隔振器在静态力-位移曲线上具有负斜率特性,对应隔振器内部结构的失稳变形;进行隔振器的静压试验、动态试验和隔振系统中的振动传递试验,结果表明,静态力-位移曲线试验结果呈现负斜率特性,在静态曲线上不同工作点处的固有频率呈现负斜率处最小的特性。

关键词：振动与波动静比橡胶隔振器静态压缩传递率