Abstract ：

将地面试验中卡环工装对舱段壳的影响转化为弹性边界条件下圆柱壳耦合结构的振动问题，通过卡环工装与圆柱壳接触建模计算得到工装作用于舱段壳的法向约束刚度，并采用增补函数的方法构建了工装约束边界条件下圆柱壳耦合结构的振动理论分析模型。结果表明：本研究模型能够反映卡环工装对于舱段壳振动特性的影响，理论计算结果与试验测试结果的变化趋势基本一致；在卡环工装的约束下，舱段壳的低频振动受到显著抑制，工装的约束刚度及其在舱段壳上的夹持位置对于舱段壳振动特性具有较大影响。

Keyword ：

法向接触刚度 结构振动 卡环工装 弹性边界 圆柱面接触

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本发明公开了一种基于平面测试的圆柱壳体声场分步组合重构方法，通过建立与待测圆柱壳体声源共形的最佳中间转换面，在统计最优近场声全息理论基础上，合理选取平面波函数一次重构总体重构误差最小的共形转换面，利用统计最优平面近场声全息将平面测试声压数据转换到圆柱共形转换面，再利用统计最优柱面近场声全息利用转换面声压求取圆柱声源声压，结合了平面波函数对全息面测试要求较简单和柱面波函数对圆柱型壳体结构声场重构精度更高的特点，突破了传统方法中要求全息面与声源面共形从而导致数据采集困难的限制，实现圆柱壳体结构声场高精度重构，提高了圆柱壳体结构的重构精度，解决了实际测试中与壳体结构共形的全息面难以布置的问题。

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本发明公开了一种四方蜂窝点阵金属结构的夹芯圆柱壳及其制备方法，四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳结构包括四方蜂窝芯体，四方蜂窝芯体为环形金属四方蜂窝结构，设置在内、外金属圆筒之间。本发明实现了焊接四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳结构的制备，相较于传统单层圆柱壳，四方蜂窝点阵金属夹芯圆柱壳具有更高的强度和能量吸收效率，且可以有效地减轻结构质量，在航天航空、交通运输、防护等领域具有广阔的应用前景。

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近年来，轻质多孔金属材料的发展不仅致力于寻找更轻的承载构型或具有抗爆、抗侵彻、吸声、散热等单功能的功能构型，还在寻找兼具双功能甚至多功能的全新构型。随着我国航空、航天、航海等工业制造领域的迅猛发展，对兼具结构和功能特性的轻质材料性能提出越来越高的要求。例如，高超声速飞行器冲压发动机的冷却板需要在承受爆燃产生的高压力冲击的同时考虑高效主动散热，液体火箭发动机需要高效轻质的推力室，航母需要兼具承载和快速散热的喷气偏流装置。针对以上需求，本文提出一种兼具承载和散热双功能的新型点阵构型-波纹通道点阵构型，并将其应用到夹层结构的设计中。本文采用理论、实验与数值仿真相结合的方法逐层深入地研究了新型轻质波纹通道夹层结构的力学性能及其多功能优化设计。力学性能方面从准静态面外压缩开始研究，进而研究其弯曲性能。同时为满足工程需求，进一步研究了该结构强动载荷作用下的变形机制。考虑该结构具有流动通道，可作为主动散热结构应用，本文最后讨论了波纹通道夹层结构在承载-散热双功能优化设计方面的问题。本文的主要工作和结论如下： （1）基于弹性小变形假设，对波纹通道点阵材料进行细观力学分析，并将其等效为正交各向异性均质材料。根据单胞应变能等效原理，推导出相应的宏观等效弹性常数。通过夹层梁自由振动实验和仿真分析验证了均匀化等效方法的正确性，为波纹通道芯体简化计算提供理论依据，同时也为该结构弯曲性能研究和优化设计奠定理论基础。 （2）采用冲压-真空钎焊的方法制备了钛合金波纹通道夹层结构，并对其面外压缩性能进行实验、仿真及理论研究。经研究发现，与竞争的点阵芯体拓扑结构（如四方蜂窝、空心金字塔桁架和八面体桁架等）相比，波状通道芯体在低密度下表现出相当的优越性。 （3）通过3D打印方法制备钛合金波纹通道夹层结构，并对其开展四点弯实验、仿真分析和理论研究。建立了纵向波纹通道夹层板受弯曲载荷作用下的强度破坏准则。在此基础上，对该结构进行最小质量优化设计。结果表明相对于诸如波纹，六方蜂窝和四方蜂窝以及桁架这样的常见芯体拓扑结构，波纹通道芯体展现出优越的结构承载效率。 （4）通过仿真分析研究波纹通道圆柱壳的抗内爆性能。以外圆柱壳变形为评判指标，研究内圆柱壳、芯体和外圆柱壳质量分配对波纹通道夹层圆柱壳抗内爆性能的影响。将该结构与波纹芯体、I型芯体和蜂窝芯体构成的夹层圆柱壳体的抗内爆性能进行初步比较发现，在同时考虑主动散热和抗内爆的设计工况下，波纹通道夹层圆柱壳具有较大潜力。 （5）通过理论分析分别对波纹通道夹层结构的散热性能和承载-散热双功能设计进行研究。结果表明，考虑承载-散热双功能协同设计后，结构的最优相对密度会比仅考虑散热性能时大。这为波纹通道夹层结构做为承载-散热双功能结构提供了有价值的参考。

Keyword ：

点阵芯体 多功能 夹层结构 力学性能 优化设计

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潜艇是现代海战中的重要军事力量，声隐身性是其最基本的战术性能，而潜艇辐射噪声会严重影响其声隐身性能，导致其作战性能严重下降，安全性受到致命威胁。因此，控制潜艇的振动噪声对于其作战性能和生存能力具有重要意义，而噪声源识别是噪声控制中的首要任务。盲源分离（Blind Source Separation，BSS）是一种在源信号和传输通道均未知的情况下仅根据源的统计特性将源信号从观测信号提取出来的信号处理方法。由于无需知道混合系统和源信号的先验知识，BSS在实际应用领域受到人们的广泛关注，具有广阔的应用前景和理论研究价值。针对潜艇等壳体结构振动噪声源卷积混合的实际情况，论文研究了基于卷积混合频域BSS（Frequency Domain Blind Source Separation，FD-BSS）的壳体结构噪声源分离与识别技术，可为潜艇噪声控制提供参考依据。 研究提出了基于共轭梯度峭度极大化的FD-BSS方法。当传感器数目不小于源信号数目时（正定或超定），针对现有FD-BSS方法中分离滤波器估计精度低和置换模糊性校准精度不足导致其分离性能差的问题，提出基于共轭梯度峭度极大化的复值BSS（CBSS_FDKM）以提高分离滤波器估计精度和基于功率谱密度的置换校准方法以提高置换模糊性校准精度。首先对混合信号进行短时傅里叶变换（Short Time Fourier Transform，STFT）将时域卷积BSS问题转化为频域瞬时复值BSS问题，利用精确线搜索的共轭梯度来极大化峭度实现每个频点（Frequency Bin）分离矩阵的准确估计；然后利用相邻频点功率谱密度的相似性来校准分离信号置换模糊性问题；最后利用短时傅里叶逆变换(Inverse Short Time Fourier Transform，ISTFT)将分离信号恢复到时域。设计数值仿真实验对所提方法的准确性和鲁棒性进行比较研究，仿真结果表明提出方法具有更准确鲁棒的分离性能。 研究提出了基于单源点估计混合滤波器的FD-BSS方法。当传感器数目小于源信号数目或数据可用性差时（欠定），针对CBSS_FDKM不再适用且现有欠定FD-BSS混合滤波器估计精度不足导致其分离精度低的问题，提出基于单源点(Single Source Points，SSP)的复值混合矩阵估计方法以提高FD-BSS混合滤波器估计精度。首先将混合信号进行STFT后对每个频点的混合信号进行欠定复值BSS，通过寻找混合数据中的一维子空间实现SSP的识别与抽取，利用SSP进行层次聚类从而实现混合矩阵高精度估计；然后利用欠定反问题求解算法得到每个频点的分离信号；最后利用ISTFT将分离信号恢复到时域。设计数值仿真实验对所提方法的准确性进行比较研究，仿真结果表明提出方法具有较高的分离精度。 开展了FD-BSS的壳体激励实验验证与实际案例分析。首先，针对两种提出方法分别搭建了具有三个声源激励的圆柱壳体结构实验系统，进行声音激励实验；然后对测试数据进行源分离，实验结果表明提出方法准确分离与识别出壳体结构实验台的噪声源，估计的源贡献比率误差不超过7%（正定方法）和8%（欠定方法）；最后将提出方法应用于舰船发动机舱室壳体振动信号的源分离与识别中，结果表明振源信号中0~2000Hz内的8个主要频率分量在分离信号中被有效提取，从而进一步验证提出方法的有效性。 论文通过对正定和欠定FD-BSS方法的研究，以提高壳体结构噪声测量数据的源分离性能，获得高精度的噪声源特征信号，从而准确识别出壳体结构噪声源信息，对舰艇类壳体结构振动噪声监测与控制提供指导作用。

Keyword ：

单源点 卷积混合频域盲源分离 峭度极大化 振动噪声监测与控制 置换校准

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火箭、导弹、潜艇、鱼雷等武器装备作为现代战争的国之利器，在国防领域发挥着不可替代的重要作用。这些装备的共同特点是具有柱状结构壳体，其内部包含众多运动零部件，结构复杂，产生的振动和噪声往往会影响整个装备的作战性能。利用传感器获取每个运动部件的运行信息，将有助于准确判别其振噪产生的原因。然而，各零部件之间产生的振动和噪声相互干扰，通过传感器获取的信号是多个振动噪声源的混合信号，混合的特征信息严重阻碍了关键运动部件独立运行状态的准确判别。因此，研究柱状结构的振噪源估计和分离技术，从振噪源相互干扰的信息中分离出每个运动部件的独立振源信息，进而判别其关键部件的运行状态和识别设备异常运行的根源，对柱状结构武器装备的状态监测、故障诊断以及减振降噪均具有重要的工程意义。 针对柱状结构装备传感器数目不足导致源信号估计精度低和抗噪性能差的问题，提出了基于单源点识别和l0范数分解的高精度欠定盲源分离方法。通过对混合信号归一化时频向量是否相等的判别，给出基于1范数、2范数、无穷范数和余弦准则四种单源点的识别准则，实现单源点的高精度识别。提出的单源点识别方法考虑了时频向量之间的线性表达关系，能够在噪声存在情况下仍然具有较好的识别性能。利用l0范数分解方法估计每个时频点实际的激活源数目，减小了由于固定激活源数目而引入的人为误差，提高源信号的估计精度。通过仿真和圆柱壳体激励实验验证所提方法在欠定情况下对源信号的估计性能。 针对柱状结构装备振噪源数目未知的问题，提出了源数目自适应估计的高抗噪性欠定盲源分离方法。利用同步压缩变换将信号的短时傅里叶变换系数沿频率方向重排至能量重心，增加信号的时频聚集性，同时能够避免交叉项的干扰。由于采用了同步压缩变换，能够增加信号在时频域内的稀疏性和对噪声的鲁棒性。将欠定情况下源数目估计问题转化为单源点聚类过程中聚类数目估计问题，通过改进的密度峰值聚类法实现源数目自适应估计。仿真数据和圆柱壳激励实验验证了所提方法能够正确识别振动噪声源数目，并对源信号进行有效估计。 针对传统在线盲源分离方法在振噪源运动过程中难以兼顾收敛速度和稳态误差的问题，提出了基于步长自适应盲源分离的运动源在线估计方法。通过分析等变自适应盲源分离方法的收敛条件，构造一种能够表征信号分离程度的分离指标。采用带遗忘因子的分离指标自适应更新策略，减小初始阶段和混合矩阵时变阶段的累计误差，该方法能够有效追踪非平稳信号的变化趋势，实现分离指标的在线更新。构造了分离指标和迭代步长之间的非线性映射关系，实现步长的自适应调整。利用仿真数据和运动源实验验证了所提方法在混合矩阵时变情况下能自适应调节迭代步长，并对运动源产生的声信号进行有效估计。 针对信号在柱状结构壳体中传播时产生的非线性畸变导致源信号估计精度较低的问题，提出了基于峭度范围约束和改进粒子群优化算法的非线性盲源分离方法。以分离信号的互信息最小为优化目标，将源信号峭度值范围作为先验信息，将非线性盲源分离问题转化为经典的不等式约束优化问题，进而利用增广拉格朗日乘子法转化为无约束的伪目标优化问题。采用粒子群优化方法对参数进行优化，在粒子更新过程中引入交叉和变异操作，避免了“粒子早熟”问题，降低了参数落入局部极小值的风险，因而，所提方法能够更精确地对源信号进行估计。圆柱壳体激励实验表明所提方法能够有效地恢复源信号波形，并保留每个源信号的主要特征频率，验证了所提方法的有效性。 将本文提出的欠定盲源分离方法应用于某柱状飞行器振动源信号估计和故障定位中。针对飞行器传感器安装数量不足的问题，采用欠定盲源分离方法对振动源信号进行估计。通过将估计的振动源的响应时间与指令表进行对比，实现振源的识别，进而将识别的振源信号与历史正常信号进行对比，实现故障源的定位。所提方法实现了飞行器故障源的初步定位，缩小了故障源的排查范围，对于提高故障定位效率和分析故障原因具有重要指导作用。

Keyword ：

非线性盲源分离 监测诊断 欠定盲源分离 源信号与源数目估计 柱状结构

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一种双层梯度波纹点阵金属夹芯圆柱壳及其制备方法，夹芯圆柱壳包括外层圆筒、中间层圆筒、内层圆筒，在外层圆筒和中间层圆筒之间设置有外层环形波纹芯体，在中间层圆筒与内层圆筒之间设置有内层环形波纹芯体，外层、内层环形波纹芯体与外层、中间层、内层圆筒间隔形成用于流通液体或填充物质的波纹芯体通孔，外层、内层环形波纹芯体中的波纹单胞高度或板厚不同；制备方法通过装配形式将外层圆筒、外层环形波纹芯体、中间层圆筒、内层环形波纹芯体、内层圆筒连接在一起；本发明通过调整内外层环形波纹芯体高度或板厚，实现波纹点阵金属夹芯圆柱壳沿径向的不同梯度设计，使得圆柱壳在内部或外部爆炸载荷下可以提供优良的防护性能。

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作为21世纪先进支承技术的重要组成部分，流体动压径向轴承在透平机械中占有无可替代的重要地位。然而现行的径向轴承设计依然依赖于经验，有关非圆轴承的设计一直缺乏相应的理论方法支持；有待于建立新的分析与计算方法，将各种结构形式的圆、非圆轴承统一处理，揭示其共性特点。同时，采用特殊结构形式的非圆径向轴承—弹性箔片轴承作为支承元件是新一代高速旋转机械提高机组性能的发展方向。本文针对非圆轴承的拓扑静动特性计算分析，展开弹性箔片轴承支承的转子动力学设计与试验研究。主要研究内容包括： （1）利用傅里叶级数理论对典型的非圆径向轴承的润滑膜厚度进行统一拓扑表达；研究了基于整体流场计算及边界条件的处理方法；建立了不可压缩流体润滑膜厚度谐波分量与其静/动态压力场分量之间的关系，揭示了不同谐波成分对轴承静特性、一阶/二阶动态系数的影响。相应的算例详细分析了不同结构形式的动压润滑油轴承的轴承特性参数随谐波的变化规律，并与文献结果进行了对比验证。 （2）利用带有非线性大变形的圆柱壳理论，构建了涵盖整周式箔片轴承的结构变形方程与气膜压力方程的较为精确快速的气弹耦合解方法，阐明了弹性箔片气体轴承的弹性形变与其静/动态性能间的耦合关系，给出了其线性/非线性刚度/阻尼的表达式。对整周式箔片轴承性能进行了计算、分析，并与文献解进行对比验证。 （3）完成了整周式径向箔片气体轴承支承的150kW/36,000 rev/min的高速永磁同步电机转子动力学设计、分析及试验研究，包括：对系统的临界转速、模态及不平衡响应进行分析，理论上验证了轴承及转子系统设计方案的可行性；针对样机转子进行了从起动、加速并稳定运行在转速15,000 rev/min的动力学试验。试验结果表明，弹性箔片气体动压轴承转子系统稳定性高，振动及噪声小，并且还具有快速起飞的优点。

Keyword ：

非圆轴承 弹性箔片气体轴承 周期性谐波 转子动力学

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传递路径分析是一种机械系统振动噪声传递特性定量识别方法。工况传递路径分析（OTPA）由传统传递路径分析（TPA）发展演化而来，两种方法均广泛应用于汽车行业中噪声、振动与声振粗糙度（NVH）测试。传统TPA通过将无关路径解耦从而消除频响函数测试过程中的串扰影响，操作过程复杂耗时，并且改变了机械系统边界条件。OTPA采用正则化方法，如奇异值分解（SVD）、截断SVD、阻尼SVD或吉洪诺夫正则化方法，通过降低反问题病态程度从而消除串扰影响。 论文提出了基于有偏估计的工况传递路径分析方法，通过将有偏估计（岭回归）方法应用于OTPA反问题求解，从而有效降低了方程病态，提高了反问题求解精度。通过Solid works软件建立了圆柱壳体结构三维模型，并采用ANSYS 软件分析了模型在不同振动频率下的响应特性。采用Matlab构造了包含两个声源和两个接收点的多输入多输出声学仿真系统，并将提出方法应用于OTPA数值仿真研究。通过与传统的基于截断奇异值分解的OTPA进行对比研究，验证了提出方法具有更高的传递路径定量识别精度。通过改变声源尺寸、参考点距离、声源频率等参数，研究了相关参数对提出方法性能的影响。 圆柱壳体结构试验台OTPA试验研究。首先，在相同频率下分别开启两台电机，通过测量壳体表面振动响应，分析了电机贡献量。然后，进行OTPA测试，采用提出方法与传统方法对测试数据进行分析，试验结果表明，提出方法具有较高的传递路径定量识别精度，并且多种工况下提出方法贡献量合成值精度均高于传统方法，从而验证了提出方法的有效性。

Keyword ：

工况传递路径分析 截断奇异值分解 有偏估计 噪声振动粗糙度

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舰艇辐射噪声严重影响声隐身性能，不仅严重降低作战能力，甚至严重威胁生存安全，因此，噪声源的精确识别和定位具有重要意义。近场声全息（NAH）是一种研究声辐射问题的方法，广泛应用于噪声源的识别和定位。然而，传统NAH存在频谱泄漏、窗效应和卷绕误差等理论缺陷，以及测量传感器数目多、测量面积大和成本高等应用问题。统计最优平面近场声全息（SOPNAH）通过将全息面上复声压进行线性叠加来重建声场，可克服NAH中存在的相关理论缺陷和应用问题，具有重要的研究意义和工程应用价值。 论文研究了SOPNAH方法的有效性及相关参数对声场重建结果的影响。首先，在SOLIDWORKS中建立了圆柱壳结构的CAD模型，并详细描述了各结构件的几何参数。然后，构造了双点源数值仿真系统，研究了SOPNAH方法的声场重建精度。最后，分析了四个主要参数对重建结果的影响。仿真结果验证了SOPNAH方法的有效性以及各个测量参数对声场的精确重建具有重要影响。 论文开展了壳体结构试验台统计最优平面近场声全息试验研究。试验中根据仿真结果设置最佳的测量参数。试验结果表明，SOPNAH可实现声场的准确重建和噪声源的准确定位，验证了SOPNAH方法的有效性。 论文研究通过数值仿真及试验研究，确定了SOPNAH最优参数，验证了SOPNAH声场重建精度，对工程实际中的振动及噪声溯源具有重要意义。本文的研究工作可为舰艇等壳体结构减振降噪结构设计、振动噪声监测及主动控制提供科学依据和技术手段。 关 键 词：近场声全息；统计最优平面近场声全息；声学参数 论文类型：应用基础

Keyword ：

近场声全息 声学参数 统计最优平面近场声全息

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