振动与冲击

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周云1，松本達治2，田中和宏2, 林绍明1, 吴从晓1, 张亚军2, 閻崇兵2

振动与冲击. 2015, 34(7): 1-7.

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对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验，研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律，提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明：黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定，具有较高的等效黏滞阻尼比，表现出良好的变形性能和耗能能力；黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显，与加载频率相关性较小，抗疲劳性能较好；五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。

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基于爆破振动影响评价的深埋隧洞围岩二次喷护时期选择

赵振国1，2，杨建华1，2，卢文波1，2，严鹏1，2，陈明1，2

振动与冲击. 2015, 34(7): 8-14.

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二次喷护时期选择是隧洞新奥法施工中的重要课题，而爆破振动对二次喷护结构的影响是选择时需要考虑的重要因素。结合雅砻江锦屏二级水电站4#引水隧洞爆破开挖，采用动力有限元模拟和与现场监测数据对比的综合方法，研究爆炸荷载和开挖面初始应力瞬态卸荷耦合作用下不同龄期喷射混凝土的动力响应。研究结果表明：对于高地应力条件下深埋隧洞爆破开挖，爆破振动作用下混凝土喷层破坏是爆炸荷载和开挖面上初始应力瞬态卸荷耦合作用的结果，喷射混凝土破坏以剪切破坏为主；对于1 ~ 3、3 ~ 7、7 ~ 28天龄期的混凝土喷层，距掌子面安全距离分别是24 m、13m和9m。建议锦屏二级引水隧洞二次混凝土喷护施工滞后掌子面6个开挖进尺。

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圆柱滚子轴承多体接触动力学研究

姚廷强黄亚宇王立华

振动与冲击. 2015, 34(7): 15-23.

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考虑滚子和套圈、滚子和保持架、保持架和引导套圈的动态接触关系，提出了机械系统中圆柱滚子轴承多体动力学分析的新方法。基于圆柱套圈滚道的三角网格模型，实现了圆柱滚子和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法，进而建立了计及润滑摩擦作用和Hertz接触作用的圆柱滚子轴承的三维多体接触全动力学模型。运用广义-α方法计算分析了不同工况条件下圆柱滚子轴承的动态特性和保持架的稳定性，获得了不同工况下轴承的运动轨迹、角速度、滚子和倾斜扭转振动、动态接触力，拖动力和相轨迹等动态响应的变化规律。计算结果表明低速或较小径向力下，滚子和保持架的拖动力相对较小且不稳定，滚子和保持架侧梁、外圈挡边之间存在明显的频繁接触冲击作用，内圈中心的振动位移相对较大，保持架中心的径向平面运动轨迹形成不稳定的近似圆周运动，圆柱滚子轴承的运动稳定性相对较差。随着转速或旋转径向力的增加，保持架中心的径向平面运动轨迹为圆周运动和单周期的相轨迹运动，保持架中心的轴向振动明显，滚子倾斜扭转振动相对较小。

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基于最小位移的磁悬浮转子变极性LMS反馈不平衡补偿

宋腾1,2，韩邦成1,2，郑世强1,2，冯锐1,2

振动与冲击. 2015, 34(7): 24-32.

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针对高速电机磁悬浮转子受不平衡扰动时位移精度下降的问题，提出一种基于最小位移原则的变极性最小均方误差（least mean square，LMS）反馈不平衡补偿策略，通过在线辨识位移信号中的转速同频分量，引入反馈补偿来增加系统对同频分量的广义动刚度，实现不平衡补偿。利用广义根轨迹分析了引入补偿后系统的闭环稳定性，同时针对仅以负极性或正极性引入补偿后，闭环系统均存在临界转频以上或以下发散的问题，设计了通过切换引入补偿的极性来穿越临界转频，从而实现引入LMS反馈补偿后全转速范围闭环稳定。实验结果表明，该方法在全转速范围内均能大幅减小位移信号中的转速同频分量。

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基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统研究

李刚，胡华，伍康，王观，王力军

振动与冲击. 2015, 34(7): 33-37.

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设计并实现了一种基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统。利用零长弹簧倾斜悬挂摆杆，通过精细调节可实现固有周期为20s的机械振荡。利用光电探测技术检测摆杆的微小位移，并对摆杆进行比例积分微分控制（PID：Proportional-Integral-Derivative），有效补偿温度变化及弹簧蠕变引起的系统漂移，提高系统的稳定性。深入分析控制参数对系统周期特性的影响，反馈控制的积分项（I项）可补偿系统漂移，反馈控制的比例项（P项）可调节系统的刚度，而微分项（D项）可用于控制系统的阻尼系数。通过设置合适的控制参数，可以将系统的固有周期调节至30 s以上。该系统理论上可以实现超低频垂直隔振，有望应用于高精度绝对重力测量等精密物理实验研究。

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基于氯盐最不利侵蚀下锈蚀RC框架结构时变地震易损性研究

郑山锁，杨威，秦卿，李磊,邓国专

振动与冲击. 2015, 34(7): 38-45.

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基于一维Fick第二定律，采用DuraCrete规范中钢筋锈蚀初始时刻的概率预测模型，并基于概率统计的钢筋直径预测模型，计算不同龄期下RC结构中钢筋的锈蚀深度。基于修正斜压场理论并以锈蚀深度为单变量，对不同龄期下受压区锈胀开裂混凝土峰值应力进行计算；根据锈蚀深度对钢筋本构和Mander约束混凝土本构模型中相关参数进行了修正。于地震易损性模型中引入时间参数，建立含时间参数的RC结构地震易损性模型。最后，基于上述材料力学性能退化模型，采用基于力的纤维塑性铰模型，建立三层RC平面框架结构数值模型，并结合本文所提出的时变地震易损性模型，给出了三层平面RC框架0、5、10和15年龄期的易损性曲线和曲面。所提研究方法可用于既有RC框架结构生命周期内的抗震性能及损失预测分析。

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基于声振耦合的装载机驾驶室多目标形貌优化设计

张俊红，李忠鹏，毕凤荣，王健，朱传峰

振动与冲击. 2015, 34(7): 46-50.

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对某装载机驾驶室及室内声腔进行建模得到声振耦合模型，通过SIMO法模态试验验证所建模型的准确性，测取悬置点激励力并进行频响分析及室内噪声预测。结合耦合模态频率和噪声曲线峰值频率确定关键优化频率，在驾驶室的最大扭矩工况下进行静力学分析，采用折衷规划法和平均频率法将驾驶室静态整体刚度和多阶关键频率归一为Euclidean距离的多目标函数，对驾驶室进行多目标形貌优化。结果表明：此优化方法在驾驶室结构优化上的应用综合提高了结构整体刚度和多阶关键固有频率，避免了单频优化时频率震荡现象，得到了优化目标的整体Pareto最优解，室内噪声总声压级降低了3.03dB。

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可恢复功能剪力墙结构研究进展

蒋欢军,刘其舟

振动与冲击. 2015, 34(7): 51-58.

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近年来，可恢复功能结构逐渐成为了抗震工程研究的热点。可恢复功能剪力墙，主要包括：配合框架结构同时使用的摇摆或自复位剪力墙，通过摇摆减轻地震作用的破坏，通过自重或施加预应力使结构复位；应用于剪力墙结构中的可更换剪力墙，通过对破坏部位的更换实现结构功能的快速恢复。介绍了自复位剪力墙结构，摇摆剪力墙结构及可更换剪力墙结构的相关研究进展，对研究领域的成果和不足进行了总结，并指出研究领域中存在的空白。

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一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法

贺光宗 1,2,陈怀海1，贺旭东1

振动与冲击. 2015, 34(7): 59-63.

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提出了一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命估计的频域分析方法。首先，对结构进行频响分析，得到在基础加速度激励下的应力频响函数矩阵，通过随机振动分析，得到结构应力的功率谱密度矩阵；其次，采用等效的Von Mises应力功率谱密度将多轴应力问题转化为单轴应力问题；最后，利用单轴应力疲劳寿命估计的频域分析方法对结构疲劳寿命进行估计。对一典型构件在多轴向随机激励下的疲劳寿命进行了计算,并与实验结果进行了对比。另外，对构件在多轴向同时激励与单轴分别激励的疲劳损伤结果进行了对比分析，表明多轴向同时振动具有明显的多轴效应，因此进行多轴向振动疲劳研究十分必要。

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基于光控压电混合驱动悬臂梁独立模态控制

姜晶 1, 邓宗全 1，岳洪浩 1，王雷1，TZOU Horn-sen2

振动与冲击. 2015, 34(7): 64-70.

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本文提出利用镧改性锆钛酸铅（PLZT）的光电效应，将PLZT作为电动势源来驱动压电作动器，从而实现光控板壳结构的振动控制。基于光控压电等效电学模型建立了光控压电混合驱动的数学模型，并进行了实验验证。为了实现光控悬臂梁的独立模态控制，针对悬臂梁结构，设计了正交模态传感器/作动器表面电极形状函数。提出PLZT与压电作动器正/反接控制的激励策略，并结合速度反馈定光强控制的控制算法，利用Newmark-β法对不同光照强度下悬臂梁的动态响应进行了数值仿真分析。分析结果证明了本文所设计的模态传感器/作动器及针对光控压电混合驱动提出的控制策略的正确性。

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协方差驱动随机子空间的Toeplitz矩阵行数选择方法

王燕1,2，杭晓晨1,2，姜东1,2，韩晓林1,2，费庆国1,2

振动与冲击. 2015, 34(7): 71-75.

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随机子空间识别算法是一种基于环境激励的模态参数识别方法，仅需要响应时程便可识别模态参数。其中，协方差驱动随机子空间方法中Toeplitz矩阵行数的选取直接影响识别精度。本文通过构造相关矩阵，研究了Toeplitz矩阵行数i对协方差驱动随机子空间方法中奇异值分解去噪能力的影响。引入Toeplitz矩阵条件数，根据i与Toeplitz矩阵条件数的关系再次证明了i对识别精度的影响。研究了Toeplitz矩阵行数i的选择方法。采用两自由度弹簧振子系统和切尖三角翼模型两个仿真算例研究了本文中Toeplitz矩阵行数i的选择方法。结果表明：在确定合适的系统阶数的前提下，Toeplitz矩阵的条件数越小识别精度越高。

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增速传动系统齿轮拍击振动特性研究

沈岗1，向东1，牟鹏1，杨为2，赵强2

振动与冲击. 2015, 34(7): 76-80.

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齿轮的拍击振动效应是增速传动系统复杂动力学特性的重要表征，研究内外部激励对拍击振动的影响，对进一步阐述拍击振动规律具有重要意义。本文通过搭建一级增速齿轮传动试验台，采用光电编码器和NI数据采集系统对主动轮和从动轮转速脉冲进行测量和采集，分析主动轮与从动轮的弧长差曲线和转速差曲线，验证了增速传动下的齿轮拍击效应。然后针对不同齿侧间隙与不同转速等试验条件，开展系列化的拍击振动特性研究。分析发现：不同试验条件下的弧长差包络线均呈正弦波动趋势，且其变化幅值随着转速升高而出现缩小的趋势，而弧长差中心线位置的规律性不明显，与齿侧间隙、主动轮转速无关，仅与齿轮副初始位置相关；当拍击效应发生时，随着转速升高，拍击位置具有从齿向往齿背靠近的趋势；随着啮合轮齿间的侧隙增大，相应的拍击门槛转速降低，更易出现拍击振动现象。

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地震模拟振动台扩展系统理论分析及试验研究

李青宁，程麦理，尹俊红，闫磊，韩春，周春娟

振动与冲击. 2015, 34(7): 81-84.

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为利用单振动台进行空间大跨度结构动力试验，提出地震模拟振动台扩展系统概念。根据达朗贝尔原理对系统子台进行动力平衡分析，建立振动台扩展系统理论分析模型，通过考虑振动过程中上部结构对子台的动力影响，合理确定动力方程关键参数，改变系统参量可实现结构多点激励研究。设计并制作振动台扩展系统,试验结果表明，系统子台反应有明显时滞、增幅效应。试验及算例表明，本文理论正确，方法可行，对地震模拟振动台试验系统的发展有实际意义。

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电动车减/差速器振动特性分析及改进

于蓬1,2 章桐1,2,3 冷毅1,2 郭荣1,2

振动与冲击. 2015, 34(7): 85-92.

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以某纯电动车的减/差速器为研究对象，首先考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙和轴承因素，建立了齿轮传动系模型；然后考虑传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的柔性，建立了减/差速器系统综合耦合模型，对其进行动态响应仿真分析及试验验证；最后通过轮齿微观修形减小齿轮传递误差波动的幅值，降低壳体表面阶次振动的峰值。结果表明，所建立的综合耦合模型能较好的预测减/差速器系统的振动特性，揭示各个振动阶次产生的原因，轮齿修形可使齿轮副传递误差波动幅值和壳体表面阶次振动峰值分别降低40%和57%，对减/差速器啸叫问题的解决起到一定的积极作用。

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尺寸差异钻杆组成的钻柱中声传播特性测试

刘永旺管志川1 赵国山2 杜彬彬1 李致远1 蔡孟哲1,都振川2，王庆1

振动与冲击. 2015, 34(7): 93-97.

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随钻实测信息声波传输技术是井下信息无线传输技术领域的一个重要研究方向。作为信息传输通道的钻柱是由尺寸存在差异的钻杆相连接构成，钻杆的尺寸差异对钻柱中声的传播是否存在影响是声载波选取及检测必须要了解的问题之一。建立了用于测试钻柱中声波传播特性的试验装置，对不同类型钻杆组成的钻柱中声波的传播特性进行了测试；利用基于声透层理论建立的钻柱中声传播特性研究模型对测试结果进行了理论分析。研究结果表明：组成钻柱的钻杆存在尺寸差异时，钻柱中声波传播特性有所改变，表现在通带的个数减少，有些通带消失，且通带的宽度变窄；尺寸存在差异的钻杆组成的钻柱中声衰减比周期性钻杆要大；低频通带声波受钻杆尺寸差异影响相对较小；存在着个别的排列方式，可以减小钻杆尺寸差异的影响。基于声透层理论的钻柱中声传播特性研究模型在计算前4个通带时较为准确。

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基于子频带谱峭度平均的快速谱峭度图算法改进

代士超，郭瑜，伍星，那靖

振动与冲击. 2015, 34(7): 98-102.

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快速谱峭度图（Fast Kurtogram）算法具有能自适应选取共振解调频带并实现包络解调提取的优点，在滚动轴承包络分析中有广阔的应用前景，但其在实际应用中，若被采集信号中包含有较高峰值的脉冲干扰时，将可能导致谱峭度图的自适应共振带确定失效，最终导致无法获得包含有效滚动轴承的故障特征信息的包络信号。为解决快速谱峭度图算法的上述不稳定问题，本文提出了一种基于子频带谱峭度平均的改进快速谱峭度图算法，其可有效消除或削弱脉冲干扰成分对谱峭度图结果的影响，提高了共振解调频带确定的鲁棒性，实现了基于快速谱峭度图算法的滚动轴承故障特征准确提取。仿真和试验结果验证了本方法的有效性。

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薄壁圆柱壳构件受迫振动的响应特征研究

王宇1, 2，罗忠1

振动与冲击. 2015, 34(7): 103-108.

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针对固支-自由约束条件下受径向谐波激励或径向冲击激励的薄壁圆柱壳构件，开展其受迫振动下的响应特征分析。首先基于Love壳体理论建立了薄壁圆柱壳构件的动力学模型，然后，根据固支-自由约束条件特点，采用轴向梁函数和周向三角函数组合的振型函数以及振型叠加法，获得了考虑粘性阻尼的薄壁圆柱壳模态坐标振动方程，进而求解受径向谐波激励或冲击激励的振动响应。通过一个具体算例，进行了不同位置上的响应幅度与相位的变化分析，并对比了模态阻尼比和激励力幅值对响应幅值的影响。

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结构减震的稳定时滞LSSVM-LQR智能控制算法

李春祥1 赵德奇2 蓝声宁1

振动与冲击. 2015, 34(7): 109-114.

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针对时滞LSSVM-LQR智能控制算法存在的稳定性问题，提出相关的稳定性控制算法，以确保时滞LSSVM-LQR智能控制算法的鲁棒性。该算法的主要思路为：在时滞LSSVM-LQR控制算法中，加入控制力限制条件。当满足控制力限制条件时，控制程序继续运行；当不满足控制力限制条件时，控制程序自动跳出，便执行稳定性控制算法（或称为稳定/鲁棒的时滞LSSVM-LQR智能控制算法）。稳定性控制算法主要是通过调整反馈来控制作动器运行，从而确保控制系统的稳定性。数值结果表明，稳定性控制算法能够有效地保证时滞LSSVM-LQR智能控制算法的稳定性/鲁棒性；与时滞LSSVM-LQR智能控制算法相辅相成。

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车站结构型式对地铁诱发环境振动的影响分析

赵斌1，杨彪1，李明文2，马忠政3

振动与冲击. 2015, 34(7): 115-120.

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地铁诱发环境振动是城市轨道交通工程设计中重点关注的课题。本文系统研究了地铁车站考虑地铁运行诱发环境振动的数值建模问题，给出了计算模型建立的思路及相关计算参数的取值方法。以某拟建地铁车站为例，建立了车站结构—土的准三维有限元模型，分析车站结构型式对地铁诱发环境振动的影响，从振动加速度时程反应、1/3倍频程谱和峰值衰减规律等方面对叠合墙式、复合墙式和离壁墙式三种不同型式车站方案进行了详细的对比分析。研究结果表明：分离车站结构内衬墙和地下连续墙可减小地铁诱发的环境振动。对于环境振动水平需要严格控制的地区，地铁车站可选用离壁墙式结构方案。

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基于LCD-Hilbert谱奇异值和QRVPMCD的滚动轴承故障诊断方法

杨宇，何知义，潘海洋，程军圣

振动与冲击. 2015, 34(7): 121-126.

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针对多变量预测模型的模式识别（Variable predictive model based class discriminate，简称VPMCD）方法在参数估计中存在的缺陷，采用分位数回归（Quantile Regression，简称QR）代替原方法中的最小二乘法进行参数估计，克服最小二乘回归中强假设、易受异常值影响等问题，以此提高模式识别的精度。因此，提出了基于分位数回归的多变量预测模型模式识别方法（Quantile Regression -Variable predictive mode based class discriminate ，简称QRVPMCD）。采用局部特征尺度分解（Local characteristic-scale decomposition，简称LCD）方法对滚动轴承振动信号进行分解得到若干个单分量信号，提取单分量信号的Hilbert谱奇异值组成故障特征向量，并以此作为QRVPMCD的输入进行滚动轴承故障诊断。对不同工作状态和故障类型下的滚动轴承振动信号进行了分析，结果表明了该方法的有效性。

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基于改进交叉模型交叉模态法的局部损伤识别方法

占超，李东升，任亮，李宏男

振动与冲击. 2015, 34(7): 127-133.

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传统的交叉模型交叉模态（CMCM）法由于其核心矩阵的缺秩使其在全局修正时的解不唯一，为得到唯一解必须人为假定约束。以往利用CMCM法进行损伤识别的研究中，通常将损伤前后质量保持不变作为约束求得各单元刚度的修正量，然后将刚度的下降作为判断损伤的依据。然而，结构在极端运营条件下质量的变化也是损伤的一种。为此，本文对传统的CMCM法进行了改进，提出了以下的改进方法：首先，由基准状态下的有限元模型和损伤后实测的结构低阶模态信息求得核心矩阵，将核心矩阵最小奇异值对应的右奇异向量作为损伤指示向量（DIV）；然后，基于损伤的局部性利用聚类分析算法自动识别DIV中的异常元素，将异常元素作为损伤定位的依据；最后，由DIV估计各单元质量和刚度的损伤程度。改进后方法的优势在于：无需人为主观地添加约束即可一次性求出结构各单元质量和刚度损伤前后的变化，避免了错误或不准确的假设给损伤识别结果带来的误差。通过数值实验对该改进方法的可行性、鲁棒性以及损伤敏感性进行了研究，并通过美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的一个4自由度板柱结构振动台实验对改进方法的有效性做了进一步的验证。

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激波驱动稠密固体相微米颗粒群加速性能的实验研究

陈婉君，章利特，黄保乾，施红辉，张苹

振动与冲击. 2015, 34(7): 134-140.

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设计水平激波管-加速直管段-装载室-尾喷嘴组合装置，利用动态压力测量和高速摄影技术，实验研究了不同尾喷嘴类型、颗粒直径、马赫数和装载比下伴随激波和微米级稠密固体颗粒相的气固两相流现象和颗粒加速规律。得出：（1）稠密颗粒相时，喷嘴类型对颗粒群加速效果排序可能为扩张型>收缩型>缩放型，与稀颗粒相情形不同，必须考虑激波衰减、颗粒团聚、壁面摩擦和颗粒拥堵的影响；（2）直径越大，颗粒加速效果越好，不能以单颗粒直径估计曳力大小，须考虑颗粒团聚的影响；（3）激波马赫数越大，颗粒群加速效果越好；（4）颗粒装载比较小时，颗粒群在收缩喷嘴内的加速效果较好，但装载比达到一定程度后，其进一步增大影响不大。

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带斜撑型直接空冷钢-混凝土竖向混合结构非线性地震响应分析

代慧娟1，白国良2，王博2，张淑云1，董叶辉2

振动与冲击. 2015, 34(7): 141-148.

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带斜撑型钢-混凝土竖向混合结构是为将直接空冷技术推广应用于高强度地区而提出的一种新型结构体系，根据上部结构平台型式的不同，可分为钢桁架+斜撑结构与实腹梁+斜撑结构两种类型。本文在钢桁架+斜撑结构模型抗震试验研究的基础上，采用ABAQUS有限元软件计算分析两类结构在不同强度地震作用下的基底剪力响应规律、变形性能与钢筋混凝土管柱的损伤演化特性。结果表明：提出的模型简化原则与有限元建模方法比较合理，计算值与试验值吻合较好；不同强度地震作用下，钢桁架+斜撑结构的最大基底剪力与剪重比均大于实腹梁+斜撑结构；两类结构的侧移变形随地震作用的增强均由弯剪型趋于剪切型，钢桁架+斜撑结构的牛腿及下部位移略大于实腹梁+斜撑结构，而牛腿上部位移则略小；钢桁架+斜撑结构的最大柱顶侧移角略小于实腹梁+斜撑结构；两类结构的抗震性能均较好，能够满足大容量机组火电厂在高强度区的抗震需求。

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自立式高耸结构风振控制方法研究

陈鑫1 李爱群2 王泳3 张志强2

振动与冲击. 2015, 34(7): 149-155.

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本文针对自立式高耸结构的风振控制装置及其设计方法开展研究。首先，根据自立式高耸结构的特点，设计了环形TMD、TLD和TLCD三种调频减振装置，并推导了其力学模型；随后，基于等效阻尼比的概念和我国规范的抗风设计方法，建立了自立式高耸结构风振控制的统一设计方法；最后，针对数值算例，进行了风振控制装置设计，并通过时程分析方法验证了该方法的有效性。研究结果表明，所设计的三种环形调频减振装置适用于自立式高耸结构的风振控制，建立的简化设计方法与时程分析的结果平均误差仅为5.37%，具有较高的精度，可用于自立式高耸结构的风振控制设计。

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基于MCKD和重分配小波尺度谱的旋转机械复合故障诊断研究

钟先友，赵春华，陈保家，田红亮

振动与冲击. 2015, 34(7): 156-161.

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针对强噪声环境下旋转机械复合故障信号难于提取与分离的问题，提出了基于最大相关峭度解卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution，MCKD)和重分配小波尺度谱的旋转机械故障诊断方法。机械信号中存在的噪声会降低重分配小波尺度谱的时频分布可读性，故先要对信号进行MCKD降噪，同时从振动信号中分离出各个故障成分，然后进行Hilbert变换得到包络成分，最后再对包络成分进行重分配小波尺度谱分析，根据尺度图中冲击成分的周期诊断转机械复合故障，算法仿真和应用实例验证了该方法的有效性。

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基于等几何裁剪分析的拓扑与形状集成优化

傅晓锦1,龙凯2，周利明1,阙春兰1,叶航1

振动与冲击. 2015, 34(7): 162-173.

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提出了将设计和分析、拓扑与形状优化集成的思想，探索了基于等几何裁剪分析的拓扑与形状集成优化设计算法，该方法统一了结构优化的计算机辅助设计、计算机辅助工程分析和优化设计的模型，基于B样条的等几何裁剪分析既能准确表达几何形状，又可以用裁剪面分析方便处理任意复杂拓扑优化问题，由裁剪选择标准确定合理的拓扑结构变动方向，结构变动时无需重新划分网格，设计结果突破初始设计空间的限制，还可方便优化形状。建立了等几何裁剪灵敏度分析的计算方法，给出了等几何裁剪分析拓扑与形状集成优化算法，通过典型实例表明所用方法的正确性和有效性。

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正弦型黏弹性拱的非线性动力学行为研究

黄繁，戴绍斌，黄俊

振动与冲击. 2015, 34(7): 174-177.

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利用分数导数的本构关系建立了粘弹性拱的控制方程，采用Galerkin方法简化了拱的数学模型。提出一种求解含分数算子的非线性方程的数值方法，并利用该方法对控制方程进行求解。考察载荷参数、材料参数对拱动力响应的影响。运用非线性动力学中各种经典的分析方法，如时程曲线、功率谱、相图、庞加莱截面等，判别并揭示了粘弹性拱的丰富的动力学行为。

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某转管机枪机心部件动力学特性分析与改进研究

化斌斌1，王瑞林1，李涛2，范智滕1，李永建1

振动与冲击. 2015, 34(7): 178-182.

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以某型转管机枪为研究对象，为了分析解决该型机枪在样机试验中出现的机心头断裂、机心卡死以及闭锁开锁时接触面强度不足等故障现象，首先对机心部件开闭锁过程进行了受力分析；其次利用多体动力学分析软件建立了机枪系统的动力学模型，重点对机心运动过程进行了动力学计算；然后利用有限元分析软件建立了机心部件运动过程中的动态应力与位移分析模型，在满足机枪射频要求的前提下，得出开闭锁过程中接触面关键位置的应力与位移的变化曲线；最后综合研究分析得到的动力学响应特性和应力、位移云图，分析找出引发故障的根本原因，对机心头进行了结构改进，有效提高了机枪的射击可靠性，为机心部件的优化改进提供了理论依据与试验指导。

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基于剪切耗能假设的黏弹性夹芯梁的振动和阻尼特性

黄志诚1,2，秦朝烨1，褚福磊1

振动与冲击. 2015, 34(7): 183-191.

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基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理建立了三层粘弹性夹芯梁结构的有限元模型并对其振动和阻尼特性进行了研究。建模时认为粘弹材料层不可压缩，振动能量是依靠粘弹性层的剪切变形来耗散的。为验证本模型的正确性，将其与解析解作了对比。同时，为了证明本方法的优越性，将其与常用的“实特征模态”、“近似复特征模态”、“钻石法”和“近似法”四种数值方法做了比较。结果表明本方法的精度在这几种数值方法中是最好的。最后，讨论了粘弹性夹芯梁结构参数变化对系统固有频率和损耗因子的影响，得到了一些有工程实际意义的结论。

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黏弹性地基中基于虚土桩模型的桩顶纵向振动阻抗研究

吴文兵1，蒋国盛1，邓国栋2，谢邦华1

振动与冲击. 2015, 34(7): 192-198.

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基于虚土桩模型，对均质粘弹性地基中桩土纵向耦合振动问题进行了研究。首先，假定桩侧土为各向同性的线性粘弹性材料，并考虑土体的竖向波动效应，结合Euler-Bernoulli杆件理论，建立了桩土纵向耦合振动的定解问题；其次，采用分离变量法求解桩侧土纵向振动的控制方程，得到了桩侧土与桩身接触面上的剪切动刚度，将所得的剪切动刚度代入到桩身振动控制方程，采用Laplace变换技术，进一步求得了任意荷载作用下桩顶纵向振动阻抗的解析解。基于所得解，详细讨论了不同桩身设计参数时桩端土厚度对桩顶纵向振动阻抗的影响。最后，将虚土桩模型与其他桩端土支承模型进行了对比研究，结果表明，对虚土桩模型选用合适的材料参数和桩端土厚度，其得到的桩端支承复刚度值介于现有多种模型的计算值之间。

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微细超声工作台的设计与微振幅测量

连海山，郭钟宁,张伟，何俊峰，韩睿聪

振动与冲击. 2015, 34(7): 199-203.

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微细超声工作台是微细超声加工机床与微细超声振动辅助加工机床的关键零部件，其振幅值直接影响加工精度与加工效率。传统的振幅测量方法很难准确的测出微细超声工作台的微振幅。基于精密微三维运动平台的高分辨率，提出了一种恒力控制的微振幅测量方法，成功的测量出能精确到0.1微米的微振幅。本文首先对微细超声工作台中的微细超声振动系统进行了理论设计，然后采用基于恒力控制的超声振幅测量方法，对不同功率作用下的微细超声振动系统的振幅值进行了测量。

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高速透平发电机自动降速故障试验研究

付忠广 1，边技超 1，杨金福 2，韩东江 2

振动与冲击. 2015, 34(7): 204-208.

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对高速透平发电机在驱动气流量不减少的情况下发生的自动降速现象进行了理论分析及试验研究。应用计算流体力学软件FLUENT对机身内部流场的压力分布进行定量分析，并对转子系统所受轴向力进行定性分析。通过时间三维谱图、轴心轨迹、频谱分析等非线性振动分析方法分析自动降速现象的特征及发展过程。试验分析表明，轴向力的变化引起转子发生轴向位移，进而导致轴向碰摩，引起高速透平发电机发生自动降速现象。

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覆冰导线动态气动力特性模拟与分析

张喆1,2，杨秀萍1,2，郝淑英2

振动与冲击. 2015, 34(7): 209-214.

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为研究覆冰导线舞动时气动力的特性，从弱耦合角度出发，基于流体动力学仿真软件Fluent二次开发，利用用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合。计算了新月形覆冰导线在横向振动下的气动力系数，并与静态模拟结果和试验结果进行比较；分析了舞动幅值、频率和扭转振动对动态气动力的影响。结果表明：相同风速下，动态气动力系数大于静态值，二者具有相同的变化规律；阻力、升力系数随舞动幅值增大显著增加，特别是升力系数成倍增加；振动频率增加，也使动态气动力系数增大，但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响；扭转振动对动态气动力有一定的影响。工程中采用静态气动力系数预测大档距舞动引起的断线的临界风速和塔承受的荷载，其结果不安全，应考虑动态气动力系数对舞动的影响。

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索杆梁耦合结构分析模型及其应用研究

刘云1,2，钱振东2，夏开全3，杨超舟1

振动与冲击. 2015, 34(7): 215-221.

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为了研究索杆滑动连接特性对索杆梁耦合结构受力的影响，定义了由一个通过滑动节点连接的三节点活动滑移索单元和多个两节点非活动滑移索单元组成的单元组，基于更新拉格朗日法推导了三节点直线型滑索单元几何非线性刚度矩阵，并建立了输电线路索杆梁耦合结构有限元模型。通过高压架空输电线路耐张段的非线性静力调索分析验证了耦合结构模型的可行性，探讨了耦合结构在导线发生断裂失效后的动响应变化规律及其传播特性。计算结果表明，导线静态张力与规范设计参数相差较小，可用于后续分析。考虑滑移的导线张力在导线断裂初期有短暂增加的趋势。导线断裂对邻近绝缘子和铁塔横担杆件的受力有明显的影响，且动响应的传播会导致邻近塔的导线张力增加。

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汽车炸弹钢箱梁内部爆炸局部破坏效应分析

姚术健1,蒋志刚2，卢芳云1，张舵1，赵楠3

振动与冲击. 2015, 34(7): 222-227.

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采用ALE多物质流固耦合算法，对汽车炸弹 (TNT当量200kg~1500kg) 在双层桥梁下层桥面典型位置爆炸的局部破坏效应进行了数值模拟，研究了内爆炸冲击作用下钢箱梁的响应过程、破坏模式、破坏参数及其主要影响因素。结果表明：破坏模式及破坏参数与爆炸位置和TNT当量密切相关，爆炸位置对桥梁主要受力体系的受损程度影响较为明显，加劲肋对其垂直方向的破口具有约束作用，箱体对冲击波的约束效应使破坏作用加剧。合理设置加劲肋、加强重要构件和设置防爆层等措施有利于提高桥梁结构抗爆能力。

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基础提离对核电站结构地震响应的影响分析

王国波1，王亚西1，于艳丽2，何卫2

振动与冲击. 2015, 34(7): 228-233.

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当地震足够大时结构基础将会与下卧地基土发生分离，即所谓的基础提离现象。但该现象在常规的土-结构相互用(SSI)的地震响应分析中常常被忽视。核电站结构(NPP)由于特殊性，其设计地震强度一般较大，因而有可能发生基础提离现象。本文基于某简化核电站结构，利用大型通用软件ANSYS的接触面功能和弹簧单元，分别进行了四种工况的计算：（1）基础固定；（2）考虑基础提离，不考虑土-结构动力相互作用效应；（3）不考虑基础提离，但考虑土-结构动力相互作用效应；（4）同时考虑基础分离和土-结构动力相互作用效应。通过对比分析，确定合适的土-结构动力相互作用计算方法以及基础提离对核电站结构地震响应的影响。计算分析表明：（1）土-结构相互作用对核电站结构地震响应的影响不容忽视；（2）基础提离主要影响核电站结构竖向地震响应，而对结构水平向地震响应的影响较小。本文研究成果可为核电站结构的抗震分析提供参考。

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刊出日期：2015-04-15

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