振动与冲击

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司马玉洲1，肖新科1，王要沛2，张伟3

振动与冲击. 2017, 36(11): 1-7.

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为了解高强铝合金对动能杆的抗侵彻性能，在一级轻气炮上开展了直径5.98 mm的平头刚性弹侵彻6 mm厚7A04-T6铝合金靶板的打靶试验，撞击速度范围为73.9-446.5 m/s。获得了弹体贯穿靶板后的剩余速度以及靶板的断裂行为,通过拟合初始-剩余速度数据得到了弹道极限。同时，在ABAQUS/Explicit中建立了三维有限元模型对打靶试验进行了数值计算，7A04-T6的力学行为通过Johnson-Cook本构模型和修正的Johnson-Cook断裂准则描述。试验结果表明，7A04-T6高强铝合金靶板在平头弹撞击下发生剪切冲塞，塞块表面有明显裂纹产生，弹道极限为156.0 m/s，剪切冲塞可在撞击速度不低于约0.90倍弹道极限时形成。数值仿真发现，有限元计算可成功再现靶板的剪切冲塞及冲塞表面的断裂；预报的弹道极限为168.8 m/s，比试验结果高约9%；撞击速度不低于0.92倍弹道极限时靶板发生剪切冲塞破坏，与试验结果十分接近。

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基于EMD和MFCC的舒张期心杂音的分类识别

李宏全,郭兴明,郑伊能

振动与冲击. 2017, 36(11): 8-13.

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心音信号是一种具有非线性和非平稳特性的振动信号，基于线性时变或时不变模型的特征提取方法势必会忽略信号的一些内在信息，为了更好的反映心音的本质特征，提出了一种经验模式分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）结合Mel频率倒谱系数（Mel-frequency Cepstrum Coefficient，MFCC）的舒张期心杂音的分类识别方法。心音信号经EMD分解得到有限个固有模态函数（Intrinsic Mode Function，IMF），利用互相关系数准则筛选出主IMF分量，分别提取主IMF分量的MFCC、MFCC的一阶差分系数和Delta值，以此作为隐马尔科夫模型的输入向量实现对临床采集的正常心音和2类舒张期心杂音分类识别，实验结果表明，该方法能有效的识别心音。

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GS-ASTFA方法及其在滚动轴承寿命预测中的应用

欧龙辉，彭晓燕，杨宇，程军圣

振动与冲击. 2017, 36(11): 14-19.

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自适应最稀疏时频分析（Adaptive and Sparsest Time-Frequency Analysis ，简称ASTFA）方法是一种新的信号分解方法，该方法将信号分解问题转化为优化问题，以得到信号的最稀疏解。优化过程采用高斯-牛顿迭代算法，但高斯-牛顿迭代算法对初值依赖性高，本文采用黄金分割法（Golden Section，简称GS）对ASTFA方法进行初值搜索，提出了基于黄金分割搜索初值的ASTFA方法（简称GS-ASTFA），仿真信号的分析结果验证了改进方法的有效性。继而采用该方法提取了滚动轴承故障特征值，并成功地进行了故障特征值趋势分析和寿命预测。

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滑动轴承摩擦故障趋势预测的系统自记忆模型

张峻宁1，张培林1，华春蓉2，吴定海1

振动与冲击. 2017, 36(11): 20-26.

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针对滑动轴承时间序列非线性引起的接触摩擦故障趋势难预测的问题，本文提出一种基于系统自记忆预测模型的滑动轴承接触摩擦故障趋势预测方法。该方法首先根据信号激励源不同的特点，将采集信号分离为冲击声和随机声，然后采用函数拟合、求导和灰色理论分别反演出冲击声和随机声的系统微分方程，并运用双向差分求取不同微分方程对轴承接触摩擦故障信号系统动力核的影响系数。通过引入自记忆函数，将滑动轴承摩擦故障系统动力核反演成一个微分-差分方程，由此得到滑动轴承的自记忆预测模型。应用到静载荷和动载荷的滑动轴承接触摩擦故障实例中，验证了所提方法的有效性，为滑动轴承磨损退化趋势预测提供了一种新的途径。

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复合材料圆柱壳非轴对称动力屈曲

孟豪 1,韩志军 1，路国运 2

振动与冲击. 2017, 36(11): 27-30.

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考虑应力波效应，通过Hamilton原理得到轴向阶跃荷载下复合材料圆柱壳非轴对称动力屈曲控制方程。根据圆柱壳周向连续性设出径向位移的周向函数形式，使用分离变量法得到应力波反射前复合材料圆柱壳动力屈曲临界荷载解析解及屈曲模态，将该结果与里兹法所得结果进行了对比，结果表明两种方法所得临界荷载差值等于转动惯性的影响项。用MATLAB软件编程分析了径厚比、铺层角度等因素对临界荷载的影响。结果表明转动惯性对圆柱壳动力屈曲临界荷载的影响可以忽略，环向模态数越大，临界荷载越大且对应的屈曲模态图越复杂。

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平动与转动受迫谐振圆柱的水动力特性分析

刘名名，唐国强，吕林，滕斌

振动与冲击. 2017, 36(11): 31-40.

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通过求解二维不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程，对低雷诺数下圆柱同时具有周期性旋转和横流向振动的流固耦合问题开展了数值分析研究。重点考察了不同强迫振动频率（f*[0.5, 2.0]）以及转动与平动之间的相位差（φ=±180º，±120º，±60º及0º）下，圆柱结构的受力特性、锁定模式及尾迹涡流场演化特征。数值分析结果表明，在周期性转动和平动的联合激励下，流动过程除存在常规的基本锁定（Primary Lock-in）现象外，还存在非线性准周期锁定（Quasi-periodic Lock-in）现象；旋转运动与横流振动之间的相位差φ对锁定形式及锁定的频率区间有重要影响，对称的正负相位差可导致高度一致或截然不同的锁定形式；两自由度谐振圆柱的水动力系数在锁定条件下会发生明显跳跃，总体上随强迫振动频率的增大而增大；对于特殊的准周期锁定情况，尾迹区内存在涡旋结构的多级次非线性分叉行为，尾涡演化过程遵循准周期特性。

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Ti-Ni形状记忆合金复合悬摆减震系统性能试验研究

王社良1，余滨杉1，樊禹江2，杨涛1

振动与冲击. 2017, 36(11): 41-47.

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系统研究了Ti-Ni形状记忆合金丝应力-应变曲线、特征点应力、耗能能力、等效阻尼比等随材料直径、应变幅值、加载循环次数的变化规律，结果表明：丝材直径的增加会导致SMA丝力学性能趋于劣化；当应变幅值为6%、加载循环次数达15次时，可获得滞回性能良好、工作稳定的SMA丝材。将训练后所得SMA丝材，利用其超弹性特性，结合调谐质量阻尼器基本工作原理，设计制作了一类可便于拆卸的SMA复合悬摆减震系统。针对该类减震系统，完成了相应的性能试验，分析了该系统自振频率、质量振子与受控结构间的相位关系、等效阻尼力随振子质量、摆杆长度的变化规律，结果表明：该减震系统在正弦波和真实地震激励下质量振子与受控体结构之间相位关系始终较好的保持在150°~180°之间；同时，等效阻尼力随外荷载幅值的增大，控制效果更加明显。综上，该系统能够简便应用于结构振动控制之中，并提供稳定、高效的阻尼力，从而保护结构免于强动力灾害。

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平面钢框架瞬时冲击去柱抗连续性倒塌试验研究

李国强1,2, 李六连,陆勇3

振动与冲击. 2017, 36(11): 48-56.

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采用冲击去柱法对两个平面钢框架进行抗连续性倒塌试验研究，重点关注去柱后框架结构的动力反应、倒塌机制以及梁柱受力方式的转变。试验结果表明，在整个倒塌过程中，框架结构经历了弹性受力阶段－弹塑性受力阶段－悬链线形成阶段；框架梁经历了弯曲机制抵抗外荷载到悬链线机制抵抗外荷载的转变；相邻框架柱的弯曲刚度越大，对去柱后形成的双跨梁的约束越强，梁的悬链线效应就越大。对于强梁弱柱型框架结构，由于其框架柱较弱，瞬时去柱后，易发生柱失稳型连续性倒塌。采用ABAQUS6.11对抗倒塌试验进行模拟，模拟结果与试验结果吻合较好。结合试验结果，采用有限元模型分析了平面钢框架倒塌时的动力放大系数和最终倒塌模态。

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考虑退化、捏拢和双向耦合效应的等强度延性需求谱

宁超列1, 余波2

振动与冲击. 2017, 36(11): 57-64.

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传统的等强度延性需求谱通常难以有效考虑强度退化、刚度退化、捏拢效应以及双向恢复力耦合效应的影响。鉴于此，本文基于双轴Bouc-Wen-Baber-Noori模型，建立了双向地震激励作用下单质点双自由度体系非弹性地震反应谱的基本方程，并定量分析了强度退化、刚度退化、捏拢效应和双向恢复力耦合效应对结构地震延性需求的影响，进而分别建立了等强度延性需求的均值谱和标准差谱的预测方程。分析结果表明：强度退化、刚度退化和捏拢效应会增大结构的地震延性需求；双向恢复力的耦合效应对地震延性需求的影响，取决于结构沿两个主轴方向地震耗能能力的相互竞争；退化、捏拢和耦合效应会明显增大结构地震延性需求的标准差，且非线性程度越高，随机性表现越明显；随着结构沿两个主轴方向自振周期的增加，等强度地震延性需求的均值和标准差均逐渐减小。

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固定瓦-可倾瓦微气体轴承-转子系统的非线性运动分析

张永芳1,2,吕烨迪1,2, 肖良君1,2, 赵晶群1,2, 刘成1,2

振动与冲击. 2017, 36(11): 65-72.

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针对固定瓦-可倾瓦微气体轴承，考虑气体稀薄效应，给出了具有Burgdorfer一阶滑移速度边界的Reynolds方程，运用微分变换法结合有限差分法求解方程，得到了各瓦块在单块瓦坐标系中的非线性气膜力，然后通过组装技术获得了固定瓦-可倾瓦微气体轴承的气膜力。针对固定瓦-可倾瓦微气体轴承支撑的刚性Jeffcott转子系统，运用转子中心轨迹图、Poincaré映射图和时间历程图分析了转子的不平衡响应，比较了努森数、转速等对转子系统非线性特性的影响。数值结果表明：稀薄效应对转子中心的运动轨迹有较大影响，转子系统的不平衡响应表现为周期一运动、周期三运动和周期四运动。

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基于能量有限元法的损伤板结构振动分析

王迪1，朱翔1,2，李天匀1,2，高双 1，衡星 1

振动与冲击. 2017, 36(11): 73-78.

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工程结构在服役期间会出现各种形式的损伤，其结构动力学参数和能量传播形式也会随之产生变化，因此基于振动的结构损伤识别得到了广泛的研究并在工程运用中具有重要的意义。文章采用能量有限元法对含有损伤的平板和耦合板结构的振动特性进行分析，算例分析中分别采用能量有限元法和有限元法对平板的能量密度进行了计算和对比，验证了能量有限元法的准确性。在此基础上提出了基于能量密度变化和结构声强变化的两个损伤指标，并对损伤识别指标进行了可视化分析，随后通过算例对比进一步确定基于能量有限元得到的结构声强变化能够有效地识别板结构的损伤部位，并对含有损伤的耦合板的结构声强进行了研究，为今后将能量有限元法进一步应用到结构损伤识别中提供了基础。

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双相介质半空间椭圆形夹杂与直线裂纹对SH波的散射

丁晓浩，齐辉，赵元博

振动与冲击. 2017, 36(11): 79-85.

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利用Green函数法、复变函数法和保角映射法研究了双相介质半空间存在直线裂纹与椭圆形夹杂组成的复合缺陷对SH波的散射问题并给出了解析解。首先，采用保角映射法将椭圆形夹杂外域映射为单位圆外域并利用镜像叠加原理构造了一个能自动满足直角域两个直线边界应力自由边界条件的散射位移场。其次，利用裂纹“切割”技术构造区域I中的直线裂纹，并根据弹性叠加原理得出直角域中同时存在裂纹与椭圆形夹杂时的位移场和应力场。最后，采用“契合”法在界面上添加未知的外力系以满足界面上的应力和位移连续性条件，根据连续性条件建立求解未知力系的定解积分方程组，并通过截断有限项求解。具体算例给出了不同参数条件下椭圆形夹杂的动应力集中系数分布情况，结果表明裂纹将对椭圆形夹杂的动应力集中系数的分布产生影响。

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基于实测冲击响应字典稀疏表示的齿轮系统侧隙故障特征提取

高洪波1,2，刘杰1，李允公1

振动与冲击. 2017, 36(11): 86-91.

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为了从齿轮系统振动信号中提取由于齿侧间隙故障产生的瞬态冲击成分，提出了基于稀疏表示的故障特征提取方法，将特征提取转化为稀疏字典的构造和稀疏表示系数的求解。根据侧隙故障瞬态冲击的响应特性，提出采用与其更相似的系统实测冲击响应构造稀疏字典，继而利用正交匹配追踪算法优化求解稀疏表示向量，获得表征瞬态冲击发生时刻的稀疏系数，并重构故障冲击序列。通过冲击成分的包络解调分析，进一步获得瞬态冲击的调制频率。仿真和实验表明，提出的方法能够有效提取齿轮系统齿侧间隙故障特征。

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刚性吊杆-水平抗风索耦合系统弯曲振动自振特性分析

赵洋1,2 徐凯2 汪志昊2 陈惟珍1

振动与冲击. 2017, 36(11): 92-99.

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将1对水平抗风索对钢拱桥刚性吊杆的约束作用简化为4个水平弹簧支撑，推导了抗风索等效弹簧刚度计算公式；基于欧拉-伯努利连续梁理论与吊杆-水平抗风索连接位置处的相容连续性条件，建立了刚性吊杆-水平抗风索耦合系统弯曲振动自振特性分析理论模型，通过与有限元结果对比验证了该方法的准确性；明确了水平抗风索位置、刚度参数对H型、矩形刚性吊杆纵桥向弱轴弯曲振动自振特性的影响规律。研究结果表明：合理设计的抗风索对H型、矩形刚性吊杆弱轴弯曲基频均有较大程度的提升，证实了抗风索对刚性吊杆弯曲模态减振的可行性；抗风索位置不同，对吊杆弱轴弯曲基频的影响程度也不同，且位置参数直接决定了吊杆弯曲基频增长极限值；相对H型吊杆，附加抗风索的矩形吊杆弱轴弯曲基频提升潜力更大。研究成果对钢拱桥刚性吊杆弯曲模态振动控制的水平抗风索减振参数优化设计具有重要参考价值。

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斜拉索干索驰振机理的数值模拟与试验研究

李寿英，曾庆宇，温晓光，陈政清

振动与冲击. 2017, 36(11): 100-105.

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采用数值模拟和风洞试验方法，对斜拉索干索驰振机理进行研究。首先，基于FLUENT商业软件平台，研究斜索和直索的风压系数、平均气动力系数、脉动气动力系数的轴向相关性等；然后，进行粒子图像测速(PIV)风洞试验，对斜索尾流进行可视化显示，研究斜拉索背后的轴向流特性。研究结果表明：斜索的平均升力系数在特定的倾角和风攻角下会发生突降，其驰振力系数为较大的负值(-4.74)，可能会发生驰振；斜索各截面气动力的轴向相关系数比直索要小，甚至会出现负的相关系数；在平均气动力系数突降的风攻角下，尾流中的轴向流不是非常明显，轴向流对于干索驰振的影响值得进一步定量研究。

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基于Teager能量算子和ZFFT的滚动轴承故障特征提取

夏均忠，赵磊，白云川，于明奇，汪治安

振动与冲击. 2017, 36(11): 106-110.

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滚动轴承在发生故障时其振动信号会出现调制现象。Teager能量算子相比于Hilbert变换在运算速度和解调精度方面具有明显优势，但其不能提供足够高的分辨率来解调低频调制信号，为此提出复调制细化谱分析方法。通过轴承故障模拟实验，对采集的正常、内圈轻微、严重故障的轴承振动信号进行Teager能量算子解调，然后对其包络进行复调制细化谱分析，得到轴承回转频率及其谐波，内圈故障特征频率及其谐波、边频带。随着轴承内圈故障程度的增加，内圈故障特征频率、边频带的幅值明显增大，可作为滚动轴承内圈点蚀故障特征参数。

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斜拉索风雨激振数值模拟及其机理探究

毕继红1,2，武骥1，关健1，王剑3,4

振动与冲击. 2017, 36(11): 111-117.

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本文将滑移理论与CFD技术相结合，考虑了风压力系数和风摩擦力系数随位置和时间的变化，并引入了Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型，运用有限单元法，实现了对斜拉索的风雨激振现象的数值模拟；考察了不同风速下的水线形成及形态，并与已有实验成果进行比对，验证了方法的合理性和准确性；研究了水膜形态、气动力变化、斜拉索振动响应三者关系，得到了水线和拉索之间的振动耦合规律，探讨了风雨激振机理。结果表明，水线、气流和斜拉索之间的共振是引发风雨激振的主要因素之一。

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基于自适应响应面法的膨胀式吸能结构耐撞性优化设计

许平，邵恒，严佳丽

振动与冲击. 2017, 36(11): 118-123.

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借鉴多道次渐进成形方法，提出一种膨胀式吸能新型顶杆。保持锥形顶杆最大直径不变，在锥形顶杆区域添加定径段，将一次高膨胀率的膨胀过程变成多次低膨胀率膨胀过程。以不同膨胀角下的锥形变形区数量和定径段长度为设计变量，有限行程下的能量吸收为目标，采用全因子试验设计方法，基于移动最小二乘法建立的近似模型，进行响应面法优化设计，得到不同角度下膨胀式吸能顶杆的最佳方案。结果表明，近似模型的拟合精度较高，采用该模型的优化方案可提高膨胀式吸能管的耐撞性能。优化的临界角度为20.782°，误差小于0.313°。

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基于Teager峰值能量的低转速轴承故障特征提取方法

柯燕亮1，王华庆1，唐刚1，袁洪芳2，李岭阳1

振动与冲击. 2017, 36(11): 124-128.

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峰值冲击是轴承故障信号中的重要特征之一，明显的峰值冲击有利于其故障诊断，而低转速工况下轴承故障由于振动能量小，峰值冲击微弱，导致故障特征容易被噪声淹没，通常无法通过包络分析等方法提取。为了增强微弱故障信号中的峰值冲击，提取低转速轴承故障特征，提出了基于Teager峰值能量的故障特征提取方法。首先采用移动窗口截取原信号，计算截取信号段的峰峰值，从而构造峰峰值特征波形，增强故障信号中的峰值冲击；其次，利用Teager能量算子对峰峰值特征波形进行解调，抑制噪声干扰，提取瞬时冲击成分；最后，根据提取的Teager能量频谱判断轴承的运行状态。实验结果表明，该方法有效提取了低转速轴承的冲击特征，实现了故障的诊断。

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复式晶格声子晶体的多带隙实验研究

赵寰宇1，严珠妹1，盖晓玲2，刘兵飞3

振动与冲击. 2017, 36(11): 129-133.

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由于人工声子晶体具有天然材料所不具备的异常物理性质，它能够调控弹性波或声波的传输。考虑复式晶格可以降低晶体结构的对称性，容易打开完全带隙，进而抑制波的传播。本文设计了单胞含6个“原子”的(3.4.6.4)晶格钢/水声子晶体，结合超声浸水透射技术，测试了第一布里渊区Γ-K和Γ-M方向带隙性质。结果表明：实验得到的宽频段8个完全带隙频率范围和有限元法计算值可以很好地吻合。还详细分析了完全带隙边界频率点本征模态和声波局域效应，这对于设计多带隙隔声材料具有重要参考意义。

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基于LTSA与K-最近邻分类器的故障诊断

姜景升，王华庆，柯燕亮，向伟

振动与冲击. 2017, 36(11): 134-139.

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针对局部切空间排列算法(LTSA)的效果受近邻数k值影响较大的缺点，提出基于聚类准则的LTSA与K-最近邻分类器的故障诊断模型。首先基于振动信号的时域特征构建高维特征矩阵；然后对高维矩阵进行标准化预处理，依据聚类准则确定局部切空间排列中的最佳近邻数k，运用LTSA提取高维矩阵的低维特征向量；最后将提取的低维特征向量利用K-最近邻分类器进行故障模式识别。采用轴承诊断实验系统进行验证，结果表明，基于聚类准则的优化方法可有效地克服近邻数k选择的盲目性，提高了局部切空间的降维精度和故障模式识别正确率，其在轴承时域特征维数约简方面，效果优于主成分分析(PCA)与拉普拉斯特征映射（LE），适用于轴承故障诊断。

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基于LS-DYNA的扇形中深孔逐孔起爆段别优化

邓红卫，杨懿全，高峰，周科平，张健

振动与冲击. 2017, 36(11): 140-146.

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梅山铁矿是典型的“城市矿山”，控制爆破振动效应对周边建筑安全意义重大。为优化其微差参数，降低爆破振动效应，利用LS-DYNA建立了准二维扇形中深孔爆破模型，在原典型微差方式的基础上，设计了五种不同段别组合的逐孔起爆方案，识别了各孔段振动速度波形，比较了各方案各孔段波形峰值。结果表明：间隔一至两个段别的微差方式更有利于应力波干涉减震；对于多孔段逐孔爆破，统一地改变孔间间隔时间往往不达到整体减震的目的；对于梅山铁矿的爆破参数，起爆段别调整为1-3-4-5-6-8-9-10-11段更有利于爆破振动效应的控制。针对模拟得出的最优方案进行了现场对比验证，现场试验表明：相对于原方案，优化后方案井下减震11.4%,地表减震15.2%，说明优化方案具有一定的应用价值。

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舰船辐射噪声中鲸类联络叫声检测方法

李大卫 1,2,杨日杰 1 韩建辉 1 巩建文 1

振动与冲击. 2017, 36(11): 147-153.

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鲸类联络叫声的频段与舰船辐射噪声频段的重叠，使其易被误检测为舰船噪声而被被动声纳接收，影响后续对被动声纳检测到的信号进行目标自主识别等信号处理的性能，为此，文中针对鲸类联络叫声干扰目标识别等声纳信号后续处理的问题，提出舰船辐射噪声中鲸类联络叫声检测算法，为削除鲸类联络叫声干扰作准备，算法首先通过理论与实测数据分析得出舰船辐射噪声频谱分布的短时稳定性特征，进而采用中值滤波方法对舰船辐射噪声进行白化处理，利用三阶多项式相位信号对鲸类叫声建模，然后通过基于匹配滤波器的广义似然比检测方法，实现了舰船辐射噪声中鲸类信号的检测。经实测信号的实验验证，文中提出的算法适用于不同类型和工况的舰船；通过与其他三种检测方法的比较分析，算法在给定虚警率下可以取得较高的鲸类叫声检测率，检测结果优于其他三种方法。

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高速铁路线下结构典型病害分析及快速无损检测方法研究

钟鹏飞1车爱兰1冯少孔1张腾瑜1

振动与冲击. 2017, 36(11): 154-160.

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随着我国高速铁路运营时间的增长和运营里程的加大，高铁线下结构出现了贯穿裂缝、层间离隙、脱空汲水等病害现象。其中CA砂浆层由于施工工艺、高速荷载及负压等影响出现了较普遍的层间离隙现象，局部还存在离缝及破损等病害，此类病害有可能引起列车振动的增大、噪音以及高速行驶时的安全隐患。针对高铁线下结构CA砂浆层病害的特点，基于弹性波在多层介质中的传播特性，结合现场可操作性以及检测速度的要求，提出了一种基于弹性波的检波器阵列式组合的快速检测方法。通过三维有限元数值模拟以及现场测试，对该方法的关键技术问题，包括评价标准、检测精度以及检测效率进行了研究。结果表明该方法可有效检测CA砂浆层层间离隙的空间分布，具有数据采集方便、检测速度快、检测精度高等优点。

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基于能量泛函的开口矩形板自由振动特性分析

李凯1,何书韬1,吴国民1，毛艺达2,李天匀2

振动与冲击. 2017, 36(11): 161-165.

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本文基于能量泛函方法，建立了开口矩形板自由振动分析模型。计算了开口矩形板的固有频率和振型函数。在处理开口问题时，利用对称性和反对称性只研究四分之一块板，并将其分割成三个区域，通过位移连续条件建立区域之间的联系，并用梁函数模拟位移场，最终得到整体能量泛函。对其变分后得到广义特征值矩阵方程，求解方程可以求出各阶固有频率。结果对比表明本文方法的准确性，为在方案设计阶段快速分析开口矩形板振动及其相关问题提供了理论基础。

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基于滚动体打滑特征的滚动轴承振动特性研究

涂文兵，何海斌，罗丫，占金青，王朝兵

振动与冲击. 2017, 36(11): 166-170.

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滚动体进入承载区打滑是滚动轴承工作过程中客观存在的一种现象，是诱发滚动轴承振动的一个重要激励源，影响滚动轴承的振动特性。本文针对滚动体进入承载区的打滑问题，综合考虑滚动轴承时变刚度、游隙、载荷及打滑激励等因素，建立了滚动轴承打滑振动分析模型，研究滚动体打滑状态下滚动轴承的振动特征，分析轴承转速、径向载荷、摩擦系数和打滑范围角等因素对滚动轴承打滑振动特性的影响规律，为滚动轴承的设计、减振降噪与故障诊断提供理论依据。

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含三次非线性阻尼特性的分子弹簧隔振系统

余慕春陈前

振动与冲击. 2017, 36(11): 171-175.

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对含有三次非线性阻尼特性的分子弹簧隔振系统的隔振性能进行了仿真研究和理论分析。分子弹簧隔振器是一种具有高静低动刚度特性的新型隔振器，将MR阻尼器和分子弹簧隔振器并联，并对MR阻尼器实施PI反馈控制来模拟指定的三次非线性阻尼特性，得到兼具高静低动刚度特性和非线性阻尼特性的隔振系统。通过动力学仿真和理论分析研究了三次非线性阻尼特性对分子弹簧隔振系统的隔振性能的影响，通过谐波平衡法深入分析三次阻尼特性的隔振机理。结果表明：三次非线性阻尼特性适用于隔力，可有效抑制共振峰值同时不改变隔振频率区的隔振性能，而三次阻尼特性不适合于隔幅。

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飘浮基两杆柔性空间机械臂基于速度观测器的增广自适应控制

于潇雁，陈力

振动与冲击. 2017, 36(11): 176-182.

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讨论了载体位置、姿态均不受控情况下，存在外部扰动漂浮基两杆柔性空间机械臂的基于速度观测器的增广自适应运动控制与振动最优控制问题。首先选择合适的联体坐标系，利用Lagrange方法并结合动量守恒原理建立了飘浮基两杆柔性空间机械臂系统的动力学方程。接着利用奇异摄动法，将两杆柔性空间机械臂系统分解为一个关于载体姿态、关节轨迹跟踪的慢变子系统与一个描述柔性杆振动的快变子系统。以此为基础，提出了一个包含慢变控制项与快变控制项的复合控制器。利用自适应滑模观测器得到慢变子系统的观测速度向量，基于这个观测速度向量设计得到系统的增广自适应慢变控制律来实现关节轨迹的跟踪。利用线性观测器得到快变子系统的观测速度向量，基于这个观测速度向量并运用线性系统的最优控制理论得到了系统的快变控制律来实现柔性杆振动最优控制。系统的数值仿真证实了方法的有效性。该控制方案不需直接测量关节角速度、关节角加速度与柔性振动模态坐标导数以及漂浮基的位置、移动速度、移动加速度。

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基于P系统优化算法的管内瞬变压力优化研究

高阳1，2 冯辅周1 张丽霞1 张红星3

振动与冲击. 2017, 36(11): 183-187.

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针对复杂管网系统管内瞬变流计算耗时长，且计算结果占用存储空间严重，导致基于遗传算法的管内瞬变压力优化计算寻优效率极低的问题，对遗传算法进行了自适应改进和基于P系统计算模型的改造，以降低算法在寻优过程中调用瞬变流计算模型的次数。案例计算过程表明，算法改进后得到的P系统优化算法在保证寻优效果的基础上，显著提高了瞬变压力优化计算的寻优效率，使搜索时间相对原遗传算法降低了约80%，因而特别适用于复杂管网系统管内瞬变压力优化计算。

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周期复合板的带隙特性和辐射噪声衰减特性分析

徐青1，张俊杰2

振动与冲击. 2017, 36(11): 188-191.

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对周期复合板的带隙特性和辐射噪声衰减特性进行了研究。运用传递矩阵法建立了周期复合板的运动方程，对于有限周期复合板，将复合板细化为小单元，利用各个单元之间的辐射阻抗，建立了周期复合板的辐射声功率预报模型。数值计算表明，周期复合板辐射噪声存在衰减阻带，在阻带频率范围内的辐射噪声被极大的抑制。研究了复合结构宽度和材料对阻带衰减特性的影响。

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附加自由阻尼板阻尼材料降噪拓扑优化

徐伟1，2 张志飞1，2 庾鲁思1，2 徐中明1，2

振动与冲击. 2017, 36(11): 192-198.

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对附加自由阻尼的板件结构，考虑粘贴阻尼材料前后，中性面位置的变化，利用Matlab编程建立自由阻尼板有限元模型，并利用Rayleigh积分法推导了薄板结构的辐射声压表达式；以辐射声场内某点的声压最小为目标，阻尼材料的体积为约束条件，建立拓扑优化模型。以悬臂板结构为例，编写了拓扑优化程序，利用渐进结构优化算法，获得了阻尼材料的最优布局，并与以模态损耗因子最大为目标的拓扑优化结果进行了对比。结果表明：在主要关注目标是结构的声学性能时，直接以声压为目标的优化方法比以模态损耗因子最大为目标的优化方法更有针对性，效果更好。最后利用实验对仿真结果进行了实验验证。

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台风“海葵”近地风脉动特性实测研究

王旭1, 3，黄超1，黄鹏2*，刘海明1，周海根2

振动与冲击. 2017, 36(11): 199-205.

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基于10、20和30m高度处台风“海葵”影响下的上海浦东地区近地风现场实测数据，分析了阵风因子、湍流度、峰值因子以及湍流积分尺度的变化规律。结果表明，各向阵风因子随高度和风速的增大而减小；不同高度处各向湍流度随风速的增加而减小；峰值因子基本上随平均风速的增大略有减小但是变化不甚明显且离散性较大，观测高度对峰值因子随时距变化的影响较小；各向的湍流积分尺度均有随平均风速的增大而增大的趋势，并且随着平均风速的增大，其离散度也略有增大，不同高度处纵向和横向湍流积分尺度均随时距的增大而增大。

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基于谱系聚类分析的桥梁结构模态参数自动化识别方法研究

徐健1，周志祥1，唐亮1，冉杰2，何杰3

振动与冲击. 2017, 36(11): 206-214.

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桥梁结构模态参数识别作为桥梁健康监测系统的重要组成部分之一，对桥梁的长期健康监测具有重要意义。而现有的模态参数识别算法还不能实现结构系统阶次和模态参数的自动化识别，基于此，本文先简单介绍了随机子空间算法的基本原理；其次通过引入“滑窗技术”以实现对时变结构模态参数的在线识别；接着针对稳定图定阶难这一问题，提出了基于奇异熵理论的系统定阶算法，以实现系统阶次的自动化确定；接着又将统计学中的“谱系聚类算法”与随机子空间算法进行结合，实现桥梁结构模态参数的自动化识别。最后利用本文算法识别苏通大桥在竖桥向和横桥向的模态参数结果，并将其与理论计算值进行对比分析，结果表明：本文算法不仅能实现桥梁结构系统阶次的自动化确定，还能实现模态参数的自动化识别，方便对桥梁结构参数的实时监控，了解桥梁结构的健康运营状态。

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基于总体平均经验模态分解算法的自适应改进

徐健1，周志祥1，唐亮1，冉杰2，何杰3

振动与冲击. 2017, 36(11): 215-223.

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目前较为广泛使用的总体平均经验模态分解算法（EEMD）不能实现桥梁结构响应信号的自适应分解和重构，基于此，本文针对EEMD算法的不足，提出了能够实现桥梁结构响应信号自适应分解与重构的改进算法：首先引入自适应极值点匹配延拓算法以抑制端点效应；再对分解信号进行聚类分析以避免模态混叠现象；最后利用各本征模态函数（IMF）对应的信息熵、能量密度和平均周期构建筛选有效IMF分量的指标（有效程度系数），以实现有效IMF分量的自动筛选，再利用筛选出的有效分量对桥梁结构响应信号进行重构。模拟信号和简支梁桥仿真算例表明，本文所提改进算法能够更有效、更准确的实现桥梁结构响应信号的自适应分解与重构。

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循环振动作用下残积土动力变形特性试验研究

尹松1，孔令伟1，杨爱武2，穆坤1，王韬2

振动与冲击. 2017, 36(11): 224-231.

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为研究压实残积土在循环荷载作用下的变形特性，对不同含水率压实残积土进行改变围压及轴向动应力幅值条件的动三轴试验，得到了不同物理力学条件下土的动应力-应变关系滞回曲线、累积塑性应变发展规律曲线及骨干曲线，分析了动弹性模量随应变的衰变规律，探究了含水率、围压及动应力幅值等因素对试验结果的影响。结果表明：当累积塑性应变达到一定值时，压实残积土变形随动应力幅值σd的增大增幅明显，但最终表现为弹性安定行为，该特性随含水率的增加逐渐减弱；含水率增加不利于土样变形稳定，而提高围压可抑制该趋势。另外，增湿会加快模量的衰减，并降低残余模量，围压对衰变规律的影响随应变的增大逐渐减小。研究可为花岗岩残积土作为路基填料的施工过程及土体改良提供技术参考。

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双激振模式下的压实系统整体动力学分析与试验

沈培辉1，林述温2

振动与冲击. 2017, 36(11): 232-241.

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双钢轮振动压路机在双激振模式下，存在特有的振动特性，综合考虑不同压实阶段土壤物料的非对称滞回特性和前后轮可能跳振脱耦的实际工况，提出7自由度整体动力学模型，一次近似下，采用谐波线性化和Krylov-Bogolyubov- Mitropolsky (KBM)相结合的方法获得不同压实阶段的等效刚度和阻尼，并系统研究驾驶室由于前后轮振动频率差引起的拍振运动特性，在不同的压实工况模型参数下，庞加莱运动截面体现出单周期，双周期分叉，三周期直至多周期的非线性运动特性；压实中后期，系统产生高次超谐波共振和亚谐波共振，在大的激振力和低频作业下，驾驶室拍振运动进入混沌振动，通过合理调整激振力和双激振频率，可以有效地抑制混沌，从而延长压路机零部件的使用寿命和提高操作舒适性，现场的施工压实试验验证了提出模型和理论分析的合理性。

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基于主动悬架控制轮边驱动电动车垂向振动研究

钟银辉2，李以农1,2，杨超2，徐广徽2,孟凡明1

振动与冲击. 2017, 36(11): 242-247.

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针对轮边驱动电动车存在的轮毂电机振动问题，以开关磁阻电机（SRM）为例，分析了电机垂向激励对车辆性能的影响。探讨分析不同车速工况下路面和电机两种耦合激励对轮边驱动电动车垂向动力学特性的影响。研究表明，电机激励对车辆垂向性能的影响主要集中在低车速范围。此时，电机激励频率接近悬架系统固有频率，容易引发车辆共振。鉴于电机激励具有的周期性特点，提出了基于FxLMS算法的主动悬架控制方法，进而抑制电机垂向激励产生的车辆垂向振动负效应，仿真分析验证了算法的有效性。

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质量比对刚性圆柱体涡激振动影响的研究

陈正寿1,2，赵宗文1，张国辉1，郑武3，颜盛汉4

振动与冲击. 2017, 36(11): 248-254.

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基于CFD方法，开展了质量比对刚性圆柱体涡激振动影响的研究。对低质量比分别为1和2.4和高质量比为7的刚性圆柱体分别进行双自由度涡激振动流固耦合模拟，得到了不同质量比工况下无因次振幅与约化速度之间的相关性，圆柱体的“8”字形运动轨迹以及“差拍”、“相位转换”等现象；初步的研究结果表明，低质量比的模型对应的振动锁振区范围要广于高质量比的模型，产生的横流向最大无因次振幅也较大，涡激振动现象更为显著。另外通过不同质量比对顺、横流向耦合振动影响的分析发现，在质量比为1和2.4时，顺流向振动对横流向振动产生的影响不容忽略，而在质量比为7时，其影响较小。另在涡激振动尾流区，捕捉到了“2S”、“2P”型泻涡发放。

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碳纤维复合材料冲击响应的数值模型确认

杨刚,刘让奇,肖钊

振动与冲击. 2017, 36(11): 255-262.

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通过有限次数的实验结合模型确认方法对数值模型的可靠性进行验证，建立了考虑参数不确定性碳纤维复合材料冲击响应的数值模型确认方法；以碳纤维增强复合材料（T700/X105）试件沿厚度方向受到冲击的数值模型确认过程为例，基于累积分布函数的模型确认准则，对三种不同工况下碳纤维复合材料的数值模型进行了确认分析，验证了所建立的模型确认方法的有效性，为具有不确定性的碳纤维复合材料的数值模型确认提供新的思路和参考方案。

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2017年, 第36卷, 第11期　
刊出日期：2017-05-25

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