振动与冲击

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宋明亮，苏亮，董石麟，罗尧治

振动与冲击. 2017, 36(13): 1-10.

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模态参数自动识别技术的关键在于对真实模态和虚假模态进行自动甄别。对模态参数识别方法中自动剔除虚假模态的方法进行了综述。围绕如何自动剔除虚假模态，将现有模态参数自动识别方法分为三类：基于智能算法的稳定图自动分析方法、基于指标阈值的真假模态自动区分方法、基于改进识别算法获得清晰稳定图的自动分析技术。对以上三类方法的原理进行了较为详细全面的介绍，提出了各自的特点、存在的问题以及将来的研究方向。结合实测加速度数据，采用具有代表性的自动识别方法对一钢筋混凝土结构建筑进行虚假模态的自动剔除，并对不同方法的识别结果进行了比较。

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基于CDEM的钻地弹侵彻爆炸全过程数值模拟研究

冯春1，李世海1，郝卫红2，葛伟2

振动与冲击. 2017, 36(13): 11-18.

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提出了一种用于描述岩土介质在冲击载荷下渐进破坏过程的显式数值分析方法（CDEM）。该方法将有限元及块体离散元进行有机结合，利用块体表征材料的弹性、塑性、损伤等连续特征，利用块体间的界面表征裂纹的萌生、扩展及贯通过程。利用CDEM分析了钻地弹的侵彻过程，提出了一种基于破裂度的岩土介质破碎程度评价方法，给出了侵彻面上破碎坑的基本形态及径向裂缝的分布，获得了冲击速度与侵彻深度的正相关关系。数值计算获得的破裂形态及侵彻深度与相关文献的实验及理论分析结果基本一致，证明了本文所述数值计算方法的正确性。最后，基于一虚拟工况，借助CDEM，分析了钻地弹侵彻及爆炸的双重效应对周边岩体及地下构筑物的影响规律。

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地震作用下钢筋混凝土悬臂梁抗弯性能及尺寸效应试验研究

金浏，苏晓，李冬，杜修力

振动与冲击. 2017, 36(13): 19-26.

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随着建筑结构尺寸的不断增大，准确的预测地震荷载作用下钢筋混凝土梁抗震性能及抗弯强度随构件尺寸增大的变化趋势对评估结构的安全性具有重要的意义。本文设计了剪跨比为4的五组几何相似的钢筋混凝土悬臂梁，对其在低周往复荷载作用下的抗弯性能进行试验研究，旨在探讨悬臂梁的破坏模式、延性、耗能能力，刚度退化及抗弯强度等与构件尺寸的关系。研究表明：1)不同尺寸梁的破坏模式基本相同，均在梁的固定端发生累积压缩破坏；2)随着梁尺寸增加，其延性有所增强，但耗能能力及刚度退化性能基本相同；3)低周往复荷载作用下梁的名义抗弯强度存在明显的尺寸效应；4)Bažant尺寸效应理论能较好的描述钢筋混凝土悬臂梁在低周往复荷载作用下的尺寸效应规律。

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弹性压应力波下轴向功能梯度变截面梁动力压曲稳定分析

陈得良，汪亚运，彭旭龙，周露

振动与冲击. 2017, 36(13): 27-32.

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基于微元法以及能量守恒原理，导出了轴向功能梯度变截面梁屈曲微分控制方程及应力波波前附加边界条件，研究了轴向功能梯度变截面梁屈曲与压应力波耦合动力屈曲问题。采用较为简单的数值方法，即将位移函数按Taylor级数或是Chebyshev多项式展开，从而将轴向功能梯度变截面梁屈曲问题的变系数微分控制方程转化为含参量的线性代数方程组，进而得到了含时间参量的动力屈曲问题特征方程，随后对轴向功能梯度变截面梁动力屈曲问题进行了数值研究，探讨了变截面和材料不均匀性对系统屈曲临界力参数的影响。研究表明，该数值方法具有很好的精度和收敛性。

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高温环境下汽油机排气歧管振动特性及疲劳寿命研究

张俊红1,2，张玉声1,王健1，徐喆轩1，戴胡伟1

振动与冲击. 2017, 36(13): 33-40.

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为研究热载荷与机械载荷的耦合作用对排气歧管疲劳寿命的影响，对一款汽油机排气歧管进行热机耦合下的振动疲劳寿命分析。首先通过双向流固耦合的方法得到排气歧管的温度场，进而根据热应力及温度分布建立排气歧管的热机耦合模型，进行热载荷下的频率响应分析。通过计算对比发现：应力刚化效果及温度升高引起的材料力学性能退化使得排气歧管的刚度发生变化，导致频率响应分析得到的应力传递函数发生相应的改变，响应应力幅值及峰值频率均发生了不同程度的变化。振动疲劳寿命预测结果表明，考虑热机耦合的疲劳寿命较不考虑热机耦合的振动疲劳寿命降低了32.7%，热机耦合作用对疲劳寿命影响显著，不可忽视。

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利用弯曲模态的惯性直线超声电机结构设计

张阳阳，姚志远，张亚飞

振动与冲击. 2017, 36(13): 41-44.

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针对惯性直线超声电机输出力小、结构不稳定的问题，通过改进其结构的振动方式，提高其输出力和结构稳定性。首先提出了一种新的结构惯性直线超声电机，该电机采用矩形板结构，利用其弯曲振动；然后分析该电机的工作原理，并利用了ANSYS workbench对定子的结构振动仿真分析，最后设计和制作了惯性直线超声电机。样机的实验表明，它有较宽的工作频率，运行稳定；在工作频率为23.6kHz时，最大运行速度为197mm/s，在工作频率为23.2kHz时，最大推力为7.3N,惯性直线超声电机的驱动方向会在某一频率点突变。

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冲击波与液滴相互作用特性研究

刘贵兵1,2,侯海量1，朱锡1

振动与冲击. 2017, 36(13): 45-52.

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为分析细水雾对舰船舱内爆炸强冲击波的耗散作用与机理，采用有限元仿真方法建立二维空间内冲击波作用于液滴的模型，分析冲击波与液滴相互作用的过程，分析过程中压力波以及液滴形态的变化。结论如下：高马赫数冲击波和低马赫数冲击波作用于液滴的破碎特性有两种较为典型的模式，反射波和透射波的变化受冲击波速度影响较大；低马赫数冲击波作用时，绕射波延伸较近，环流衍生成的低压区面积较小，过程进行较为缓慢，高马赫数冲击波作用时则相反；液滴破碎历程大致可分为四个阶段：钝化变形阶段、“人”字形变形阶段、拉长阶段和破碎阶段，各阶段特征明显；液滴的变形至破碎相比冲击波的传播过程呈现明显滞后性，冲击波传播过程迅速，产生的气动力持续影响液滴的形态变化。

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基于模态综合法与动态凝聚的滚珠丝杠进给系统状态空间建模与实验验证

杨勇1,张为民2，仇炜谏1，陈盛3

振动与冲击. 2017, 36(13): 53-59.

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以往研究中为便于机械传动环节与控制系统的集成建模，常将滚珠丝杠进给系统简化为简单机械模型，其在动态性能精确求解等方面存在不足。针对这一问题，充分考虑滚珠丝杠进给系统的结构柔性以及丝杠螺母副的耦合特性，首先构建滚珠丝杠进给系统多柔体动力学模型；在此基础上，综合模态综合法和动态凝聚法，对进给系统有效简化动力学信息准确提取，加快模型降阶收敛和凝聚自由度响应求解速度，推导得到滚珠丝杠进给系统的状态空间缩聚模型。基于内置传感器信号的动态性能试验测试，对模型的正确性进行验证，其一阶固有频率计算误差为5.54%，实验和仿真计算得到的输入扭矩与输出转速间的频响曲线在一阶频率处极点坐标分别为32.83dB和35.16dB。本文研究为实现滚珠丝杠进给系统与伺服控制系统的高效高精度集成建模提供了重要的理论基础和方法指导。

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微细耗能颗粒对调频型颗粒阻尼器减震效果影响研究

王瑾,闫维明,许维炳,彭凌云,张奎

振动与冲击. 2017, 36(13): 60-66.

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为明确调频型颗粒阻尼器（Tuned Particle Damper，TPD）减震效果的关键影响因素和附加微细耗能颗粒对土木工程领域用调频型颗粒阻尼器减震效果的影响，以某钢筋混凝土框架结构为原型，设计制作了1:30的缩尺试验模型及可用于该试验模型的调频型颗粒阻尼器，基于选定的TPD参数，通过在阻尼器腔体中附加不同质量的微细耗能铁粉颗粒，利用振动台试验对附加微细耗能颗粒前后调频型颗粒阻尼器减震效果的变化进行了研究。结果表明：依据本文设计的TPD附加微细耗能颗粒后仍能较有效降低结构在地震作用下的位移响应；激励强度是影响其控制效果的关键因素，随着激励强度的增加，附加微细耗能颗粒TPD的控制效果趋于提高；附加微细耗能颗粒后TPD的减震效果略有降低，土木工程领域颗粒与腔体间相对运动提供的调谐作用是影响TPD减震效果的重要因素。

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带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼的减振机理研究

杜妍辰，张虹

振动与冲击. 2017, 36(13): 67-73.

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具有双重减振结构的带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼具有优秀的减振性能。为了探索带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼的减振机理，建立了带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼系统的动力学模型，在MATLAB环境下编制了仿真计算程序，模拟计算了在带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼作用下的悬臂梁的减振性能。理论计算结果与实验结果进行比较，验证了提出的动力学模型。运用该动力学模型讨论了阻尼器腔体间隙比、冲击器质量比、刚度比、功率比的基本规律。得到了以下结论：(1) 带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼系统的动力学模型是可靠的；(2) 带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼具有优秀的减振性能，远远超过单体碰撞阻尼；(3) 带弹性支撑的颗粒碰撞阻尼最优的结构参数组合：间隙比为0.15，刚度比为0.007。

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基于角域加窗同步平均的太阳轮故障检测方法

王志乐1，郭瑜1, 曹永立2，伍星1

振动与冲击. 2017, 36(13): 74-79.

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行星齿轮箱广泛应用于风电机组等大型装备中，其振动特征提取在故障诊断领域有重要意义。但由于存在非平稳、调制、传递路径复杂、传递路径具有时变特性等特点，常规定轴齿轮箱的同步平均技术不直接适用。本文在原有行星齿轮箱加窗时域平均方法基础上提出一种适合时变传递路径及变速工况的角域加窗同步平均技术，从中提取有用信号同时降低传输路径的影响。由计算阶比跟踪对时域加窗振动信号进行等角度重采样，转换为角域准平稳信号，然后进行同步平均。将该方法对行星齿轮箱故障实测振动信号进行了分析，实验结果表明，所提出方法能够有效地提取行星齿轮箱太阳轮故障的特征信息。

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水下环肋功能梯度材料圆柱壳稳定性研究

梁斌1，陈金晓1，李戎2，徐红玉1

振动与冲击. 2017, 36(13): 80-85.

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研究了水下环肋功能梯度材料圆柱壳的稳定性。根据Flügge理论和正交各向异性板壳理论，采用波动法推导出静水压力下环肋FGM圆柱壳耦合振动特征方程，运用牛顿迭代法得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的固有频率值，最后通过线性拟合得到静水压力下环肋FGM圆柱壳的临界压力。通过计算对比分析，验证了本文方法的正确性和有效性。通过算例，分析了静水压力下环肋FGM圆柱壳在不同材料组分、体积分数、壳体尺寸、肋条尺寸和数目等情况下临界压力的变化规律。

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钢板夹泡沫铝组合板抗接触爆炸性能研究

王曦浩夏志成孔新立赵跃堂龚自明

振动与冲击. 2017, 36(13): 86-91.

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鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势，针对分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的100mm厚抗爆组合板进行了装药量为1.0kg TNT的接触爆炸试验，考察了组合板在接触爆炸条件下的变形及破坏情况，并对组合板的变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明：组合板承受接触爆炸荷载时，主要通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收耗散能量，上下面板与芯层间易发生剥离现象。钢板相同时适当增大泡沫铝芯层厚度，泡沫铝芯层相同时增加钢板厚度，均可减小组合板承受接触爆炸冲击荷载时产生的变形破坏，提高其抗爆性能。

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一种冲击波压力传感器的准静态校准神经网络模型

赵传荣,孔德仁1，王胜强2，商飞1

振动与冲击. 2017, 36(13): 92-95.

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由冲击波压力传感器准静态校准原理，间接比对式校准的精度取决于重锤的落高与压力拟合模型的精度，本文采用RBF神经网络建立了以落高为输入量、冲击波压力峰值为输出量的神经网络模型。选用典型标准压力传感器，在7MPa~30MPa量程范围开展校准实验；通过对测试样本进行分析，结果表明：该神经网络模型预测的最大相对误差不超过0.04%，比多项式拟合模型和指数拟合模型高一个数量级。落高与压力拟合模型引入的不确定度是构成冲击波压力传感器动态测量不确定度的一个重要分量，通过建立高精度的重锤落高与冲击波压力峰值神经网络拟合模型，为进一步提高冲击波压力传感器的测量精度奠定了基础。

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船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应

杨翼，王旭荣，王明坤，吴毅，戴义平

振动与冲击. 2017, 36(13): 96-102.

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以某柴油机推进轴系为例，建立了扭转-纵向冲击有限元模型，加入柴油机曲轴和螺旋桨附水引起的扭纵耦合效应，研究了扭纵耦合轴系的自由振动和扭转-纵向冲击响应，并与无耦合轴系结果进行对比，分析了扭纵耦合效应对推进轴系自由振动和冲击响应的影响。结果表明，扭纵耦合效应对推进轴系的固有频率影响不大，但它明显地影响了冲击响应：扭纵耦合下，单一类型（扭转或纵向）冲击会同时激发纵向和扭转振动，并且引起较大的位移和扭矩波动，威胁轴系运行安全。因此船舶推进轴系的扭转-纵向冲击在设计阶段应予以足够的重视。

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一种负泊松比正弦曲线蜂窝结构的面内冲击动力学分析

邓小林，刘旺玉

振动与冲击. 2017, 36(13): 103-109.

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研究了一种全参数化的正弦曲线蜂窝结构，通过Pro/Engineer构建了其参数化模型，采用ABAQUS建立了正弦曲线蜂窝结构的有限元模型。研究了不同振幅、不同胞壁厚度的正弦曲线蜂窝结构在不同冲击速度下的面内动力学响应。研究结果表明，正弦曲线蜂窝结构的反作用力波动情况与其振幅以及冲击速度直接相关。振幅越小、蜂窝结构胞壁越厚，其反作用力波动越明显。速度越高，蜂窝结构的反作用力波动越明显。而振幅较大的正弦曲线蜂窝结构，在不同的速度下，其反作用力表现出了较好的稳定性。正弦曲线蜂窝结构固定端的平台应力主要与其厚度有直接关系，与冲击速度无关。通过对正弦曲线蜂窝结构的能量吸收情况分析表明，随着振幅的增加，其能量吸收能力相对下降，随着速度的提高，蜂窝结构能量吸收能力趋向于一致。研究表明，正弦曲线蜂窝结构的轻微拉胀效应可增强其平面内能量吸收能力，相对普通的常规正六边形蜂窝结构，具有更好的能量吸收效果。

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时滞立方位移反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学分析

程春，李舜酩，王勇，江星星

振动与冲击. 2017, 36(13): 110-115.

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为了克服增加线性阻尼能够抑制共振但会导致隔振系统高频性能变差的矛盾，提出时滞立方位移反馈控制策略。首先建立反馈控制的高静低动刚度隔振器动力学方程，采用多尺度法得到控制系统的稳态响应。其次分析反馈增益与滞后时间对控制系统动态特性的影响，并分析不同滞后时间下稳态响应的稳定性。最后定义控制系统的位移传递率，分析反馈参数对系统位移传递率的影响并和被动隔振系统的性能进行比较。结果表明：合适的反馈参数能够有效减小隔振系统共振区的位移传递率，却不影响高频区域的隔振性能；该控制策略对改善高静低动刚度隔振器的隔振性能具有理论指导意义。

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含双频时变滚动轴承刚度的转子-轴承系统响应特征研究

张学宁1，韩勤锴2，褚福磊2

振动与冲击. 2017, 36(13): 116-121.

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考虑有限数目滚动体和转子不平衡力引起的滚动轴承刚度的周期时变性，建立了含双频时变滚动轴承刚度的三自由度转子-轴承系统动力学模型。以单频参数激励系统响应的频率分布规律为参照，指出了含双频时变参数的动力学系统其响应的频率构成规律：双频参数激励系统自由响应中出现的频率是系统等效固有频率分别和参数频率的组合，以及等效固有频率同时和两个参数频率的组合；强迫响应中的频率除了包含自由响应中的频率成分之外，还包含外激励频率分别和两个参数频率的组合，以及其同时和两个参数频率的组合。在转子-滚动轴承系统响应中出现的倍频响应、参数频率及其倍频对应的频率成分，可以通过本文的分析给出合理的解释。这些结论有助于更深入地理解多频参数激励系统响应的频域特征，为变参数旋转机械系统故障诊断中的频率成分识别提供了参考。

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考虑法向载荷变化的微滑摩擦系统振动分析

徐超1，李东武1，陈学前2，王东2

振动与冲击. 2017, 36(13): 122-127.

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工程结构中，常采用干摩擦阻尼器来降低系统的动力响应幅值。振动环境中，连接界面间存在着复杂的接触和摩擦行为，这些行为具有跨尺度、迟滞非线性和切法向耦合等特点。本文建立了一种能同时考虑法向载荷变化和切向微滑摩擦行为的接触力学模型，推导了模型恢复力和相对位移间关系的表达式，利用不同模型间的比较验证了模型的有效性。将该模型应用于简化的摩擦阻尼器系统，求解了简谐激励下系统的迟滞回线、单位周期的能量耗散和频率响应曲线，并对不同模型的特性进行了比较分析。结果表明：是否考虑法向载荷变化对系统动力学响应预测有很大影响；考虑法向载荷变化的微滑摩擦模型能够更加完善、准确地模拟接触界面间的力学行为。

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变转速工况下离心泵蜗壳辐射噪声变化规律的数值研究

董沛鑫，高明，路东岳，宋坤卿，孙奉仲

振动与冲击. 2017, 36(13): 128-133.

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以大涡模拟得到的泵内全三维非稳态流场为基础，通过设置外部监测点对声压信号进行频域分析的方法，以额定转速为1450r/min的离心泵为对象，基于FW-H声学模型研究了转速在1000r/min到6000r/min之间变化时泵内蜗壳辐射噪声的变化规律，揭示了辐射噪声与转速之间的响应关系，通过对蜗壳压力脉动强度和流场均匀性指标的分析研究，获得了转速对辐射噪声影响的根本原因。模拟结果表明：蜗壳辐射噪声随叶轮转速的增加而非线性单调增大，且在2000-2500r/min的转速区间（占总区间10%）内，蜗壳辐射噪声急剧增大（增量约为额定工况噪声7%）。同时，蜗壳辐射噪声整体上呈现指向性分布，即‘正对隔舌噪声大、背对隔舌噪声小’的偏心分布。该结论可为离心泵变频运行中有效避开高辐射噪声工况提供指导，为低噪声离心泵的三维设计奠定基础。

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相互贯通裂纹动态断裂的试验研究

杨仁树1，苏洪1，陈程1，龚悦2，张渊通1

振动与冲击. 2017, 36(13): 134-139.

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为了研究动荷载作用下裂纹角度对相互贯通裂纹动态断裂特性的影响，采用动焦散试验系统进行了含预制裂纹的三点弯冲击试验。试验结果表明：两分支裂纹相互贯通，在动荷载作用下翼裂纹只会从与竖直方向夹角较小的分支裂纹尖端起裂扩展，当有一支分支裂纹起裂后，另一分支裂纹动态应力强度因子快速下降，试件内应变能重新分布；起裂的翼裂纹首先沿准竖直方向扩展，当扩展到试件约2/3高度后，翼裂纹扩展速度下降，扩展轨迹弯曲程度加大，I-II复合型断裂明显；分支裂纹起裂瞬间的和随着该裂纹与竖直方向夹角的增加而增大，其扩展的平均速度随着夹角的增加而减小。

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柔性壳体对变速器齿轮副动态啮合特性的影响分析

郑光泽1 黄修鹏2 郭栋3

振动与冲击. 2017, 36(13): 140-145.

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齿轮副动态啮合特性不仅受齿轮系统本身的影响，还与壳体动态性能密切相关。本文对变速器壳体模态进行仿真分析和实验测试，采用模态频率误差评价和模态相关分析方法，验证分析了有限元分析模型的有效性。基于多体动力学理论，构建考虑壳体弹性振动特性影响的齿轮系统耦合振动分析模型，对比分析有无柔性壳体状态的齿轮副啮合错位量、接触斑点、传动误差及动态啮合力等动态啮合特性参数。通过接触斑点实验对比分析仿真计算的接触区域，结果表明壳体弹性变形对齿轮副啮合斑点有明显影响。采取提高变速器壳体刚度的技术措施对壳体进行结构优化，优化后的齿轮副动态啮合特性显著改善。

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考虑土-结相互作用的粘滞阻尼器减震结构振动台试验研究

赵学斐，王曙光，王海，杜东升，刘伟庆

振动与冲击. 2017, 36(13): 146-154.

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通过对粘滞阻尼器消能减震钢框架结构模型在刚性地基和群桩地基条件下进行对比振动台试验，研究土-结动力相互作用（SSI）对阻尼器减震效果的影响。根据量纲分析法确定了试验模型与原型的相似关系。采用粉质粘土作为试验用土，采用叠层剪切型土箱以减轻边界的影响。上部结构为5层钢框架，消能元件为粘滞阻尼器。通过振动台试验获取了不同地震输入下减震结构及非减震结构在不同基础条件下的动力特性、楼层加速度及位移的地震反应数据。对于桩基础模型，测量了桩身应变及桩土接触面的压力值。试验结果表明：对于非减震结构，SSI效应使结构体系的阻尼比有较大的提高，而对于减震结构，SSI效应对结构体系的阻尼比影响则不大；SSI效应对结构楼层加速度反应具有显著的影响，其对上部结构地震反应的主要影响体现为减震效应, 且随着地震输入量级的增大，减震效应愈大，群桩基础上阻尼器的减震效率与刚性地基相比具有较大程度的下降；对于桩基础结构，阻尼器在降低上部结构反应的同时，减小了桩基础的地震反应，上部结构和基础两个方面的安全性都得到了提高。

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基于线调频小波路径追踪的滚动轴承故障特征提取

程卫东，刘东东，赵德尊

振动与冲击. 2017, 36(13): 155-160.

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针对齿轮噪源以及变转速的工作条件双重干扰下的滚动轴承的故障诊断，提出了一种基于线调频小波路径追踪的滚动轴承故障特征提取方法。首先，对混合信号进行Hilbert变换得到包络信号，并在满足采样定理的条件下对包络信号进行降采样；然后，对降采样包络信号应用线调频小波路径追踪算法提取轴承的瞬时故障特征频率趋势线，再对轴承的瞬时故障特征频率趋势线和转速曲线进行等时间重采样，并求各时间点的计算瞬时故障特征系数；最后，根据计算瞬时故障特征系数与轴承的外圈、内圈和滚动体的故障特征系数进行比较，完成故障诊断。通过处理仿真信号和实测信号证明了该方法在不对混合信号进行滤波和使用阶比分析的情况下，不仅能检测滚动轴承是否出现故障，而且能确定故障的发生位置。

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基于自适应遗传算法弹簧刚度优化的可调频多维减振平台设计

刘乃军牛军川

振动与冲击. 2017, 36(13): 161-165.

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依据特定工况下的振动激励频率设计得到的多维减振平台，不能满足多场所、多工况下减振的要求。通过改变弹簧刚度值调节减振平台的固有频率可实现其不同工况下多维减振的目标。给出了基于空间对称3-PRC并联机构设计的多维减振平台模型；采用闭环矢量方法建立其运动学、动力学理论模型；采用自适应遗传算法对满足特定要求固有频率的弹簧刚度值进行优化，得到了满足误差要求的弹簧刚度值，实现了多维减振平台的调频目标。为设计工作于变激励工况下的多维减振平台提供了一种新的思路。

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基于直接微分法的水下结构声学快速敏感度分析

陈磊磊 1,赵文畅 2，陈海波 2，肖琪聃 1

振动与冲击. 2017, 36(13): 166-171.

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在降低结构振动噪声方面，结构声学优化方法展现了很高的应用潜力，并越来越受到研究者们的重视。通过结构声学敏感度分析建立辐射声场与结构材料属性和结构形状参数的关系，结合优化算法可设计出低辐射噪声和高声隐身性能的水下航行结构。发展耦合有限元法与快速多极高阶非连续边界元法进行流固耦合问题的敏感度分析，克服传统耦合算法的计算精度低，内存占有量高，难以进行大规模实际问题的计算等问题。设计变量可选为流体密度、结构密度、泊松比、杨氏模量、壳厚度和形状参数等。针对不同设计变量，采用直接微分法分别推导出结构声学系统和辐射声功率敏感度表达式。通过带有解析解的水下点激励球壳算例验证算法的正确性与有效性，并通过简化潜艇算例展示该算法在大规模实际问题上的应用潜力。

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拉胀三明治梁在爆炸载荷作用下的动态力学性能研究

崔世堂1,2 咸玉席2 倪小军2,3

振动与冲击. 2017, 36(13): 172-177.

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通过数值方法考察了芯层采用负泊松比蜂窝的三明治梁在爆炸载荷作用下的动态力学响应和能量吸收能力。采用在三明治梁面层施加均匀载荷的方式代替爆炸载荷，在相同面密度的前提下，就背板的最大位移和复合梁的能量耗散问题和实体梁进行了对比，并对复合梁的面板和芯层进行了参数化设计。设计参数包括胞壁厚度、前面板的厚度、胞元扩张角。在爆炸载荷作用下，和实体梁相比，复合梁可以降低背板最大位移，延迟背部面板到达最大速度时的时间，吸收更多的能量。

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钢筋混凝土梁撞击缓冲效应试验研究

王慧，张南，陈旭，魏星，张玲，张文欢

振动与冲击. 2017, 36(13): 178-183.

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采用落锤撞击试验装置，进行了8根钢筋混凝土梁的撞击试验。对比分析了设置缓冲装置前后试件撞击动力响应的变化。试验结果表明，设置有缓冲装置的试件动力响应有大幅度降低，受弯作用的梁撞击峰值力可降低70.98%，撞击点背面纵筋峰值应变可降低71.11% ；受剪作用的梁撞击峰值力可降低76.24%，撞击点背面纵筋峰值应变可降低83.09%，箍筋峰值应变可降低84.65%，这对研究高效的抗撞综合体系具有试验参考价值。运用能量守恒原理和动量定理，建立了设置缓冲装置后作用于简支梁的撞击力计算公式。撞击力计算值与试验撞击力峰值吻合较好，这为撞击缓冲效应的理论计算提供了具有试验依据的简捷方法。

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长方体形气囊隔振器试验方法及垂向刚度特性研究

楼京俊1.2 李爽3 杨庆超1 柴凯3

振动与冲击. 2017, 36(13): 184-188.

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气囊隔振器具有恒定工作高度下通过改变充气压力调节刚度和承载能力，以满足不同设备隔振需求的特性。本文分析了该特性对其性能试验方法的影响，针对气囊隔振器载荷—变形曲线呈封闭迟滞状，提出了基于多项式拟合的静刚度计算方法，采用恒定载荷激振对气囊隔振器动态性能展开试验研究，并以某型带嵌入撑条的橡胶—帘布长方体形气囊隔振器为试样，进行了静、动态性能试验。试验结果表明：长方体形气囊隔振器额定载荷、以及额定载荷作用下的静刚度、动刚度与囊内充气气压之间基本成线性关系，并且，不同充气压力下，气囊隔振器与相应额定承载质量组成的系统在垂直方向上固有频率差别很小。

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基于半监督邻域自适应LLTSA算法的故障诊断

吕岩，房立清，张前图，齐子元

振动与冲击. 2017, 36(13): 189-194.

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为了有效利用振动信号进行故障诊断，提出了一种基于半监督邻域自适应线性局部切空间排列（SSNA-LLTSA）算法的故障诊断方法。首先，从多域提取振动信号的混合特征，构建原始高维特征集。然后，利用半监督邻域自适应线性局部切空间排列算法对原始特征集进行维数约简，提取出辨识性较高的敏感特征子集。最后，将得到的低维特征输入SVM分类器进行识别，判断故障类型。液压泵故障诊断实验结果表明，该算法克服了LLTSA无监督和使用全局统一邻域参数的不足，可更有效地寻找数据的低维本质流形，提高了识别准确率，具有一定优势。

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支座病害对大跨度钢桁梁桥的振动影响研究

陈树礼 1，2，刘永前 1,2，张彦兵1,2

振动与冲击. 2017, 36(13): 195-200.

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支座是桥梁结构的重要构件，其技术状况优劣直接影响到桥梁整体和列车的运营安全。针对朔黄铁路64m单线下承式钢桁梁中出现的固定支座上座板与桁梁连接角钢断裂病害，采用数值模拟分析和现场试验相结合的方法，开展支座病害对大跨度钢桁梁桥振动特性影响研究，分析支座病害成因并设计整治措施，通过现场试验完成病害整治效果验证。研究结果表明：重载运输快速发展导致支座发生连接角钢断裂病害，支座病害改变了约束状况和桥梁结构受力特点，列车过桥时桥跨结构横向振动和竖向振动明显加剧，数值模拟结果和现场试验数据均验证了这一规律；通过拆除并更换原有连接角钢、抬高病害支座高程并保证支座水平等措施能完成病害整治，整治完成后桥跨振动显著降低，减振效果最大达到30%，效果显著。

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VMD和ICA联合降噪方法在轴承故障诊断中的应用

马增强，柳晓云，张俊甲，王建东

振动与冲击. 2017, 36(13): 201-207.

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针对振动信号易受噪声干扰的影响、故障特征提取困难的问题，提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和独立分量分析(independent component analysis, ICA)相结合的去噪方法。该方法首先利用VMD算法将振动信号分解成若干不同频率的本征模态分量(intrinsic mode function, IMF)，有效的抑制了LMD分解中存在的模态混叠现象和端点效应等问题，然后依据峭度准则选取相应分量进行重构，引入虚拟噪声通道；最后利用FastICA将重构后信号再次进行去噪处理，分离出有效的故障特征分量，从而识别故障类型。将该方法应用到滚动轴承故障数据中，并与LMD-ICA方法作对比，结果表明，本文提出方法不仅能够有效的解决去噪过程中丢失故障信息以及由于模态混叠导致噪声不能完全去除的问题，还能更清晰、准确地提取出故障特征频率。

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基于阻尼特性的RC简支梁桥损伤识别分析及试验研究

陈彦江1，钱亚运1，李洪泉1，何浩祥1,2，闫维明1,2

振动与冲击. 2017, 36(13): 208-213.

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基于频率和振型等基本动力参数的损伤识别方法存在不足，准确性和适用性有待改进。提出将阻尼作为损伤识别的指标，探究阻尼与结构损伤之间的关系。论述阻尼与结构裂缝的数量和宽度及损伤演变的关系。通过对一跨简支T梁桥试验，采用自由振动法求阻尼比，获得了不同损伤等级损伤演变下的阻尼比。结果表明阻尼比随着损伤等级的增加呈现先增大后减小的变化过程，且正负位移对应的阻尼比的差值也具有先增大后减小的演化规律。阻尼比变化率大的位置，损伤程度大，可以利用阻尼比变化率实现基本损伤定位。与频率和振型相比，阻尼比更丰富敏感，可以作为钢筋混凝土桥梁的损伤识别指标，其拐点可以作为结构加固及维修的预警阀值。

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考虑数值噪声的热-电耦合系统分析

张卓 1,于飞 2，王秋滢 3，杜石鹏 1

振动与冲击. 2017, 36(13): 214-222.

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由于仿真计算中数值噪声的影响，优化的设计函数常常是不光滑或不连续的，为多学科之间的解耦和优化计算带来较大困难。为此，本文借鉴全局优化的相关理论，提出了考虑数值噪声的热-电耦合系统分析方法。首先，在解耦方法上，根据“同时分析和设计”（SAND）思想，将解耦问题转化为一个优化问题，在学科层引入Kriging替代模型以便过滤数值噪声，并采用极大似然估计法确定新增样本点的位置，较大程度上减少了解耦分析所需的重分析次数，并通过一个典型的热-电耦合算例验证了模型和方法的有效性

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随机振动下产品包装件动态响应的实验研究和有限元分析

王志伟1,2,3,林深伟1,2,3

振动与冲击. 2017, 36(13): 223-229.

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实验研究了产品包装件在四种振动等级、三种约束方式下的随机振动特性，采用有限元法进一步分析固定约束方式下产品包装件的响应特性以及纸箱和衬垫的应力和变形情况。研究结果表明：产品的加速度响应功率谱主要取决于共振区域的激励加速度功率谱，包装起到了在共振区域的带通和放大作用。随着约束方式的加强，产品包装件共振频率增大，固定约束方式下的共振加速度功率谱峰值明显大于无约束和弹性约束方式下的共振加速度功率谱峰值。有限元计算得到的共振频率和产品加速度功率谱与实验结果较好吻合，产品加速度功率谱峰值对系统阻尼系数十分敏感。有限元法为物流随机振动环境作用下产品包装件的分析与设计提供了有效手段。

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高速铁路新型路基材料的动响应减振研究

周平，王志杰，张家瑞，徐海岩，赵启超，刘川昆

振动与冲击. 2017, 36(13): 230-237.

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泡沫轻质土在公路路基上应用广泛，但尚未在高速铁路路基上应用。本文提出一种泡沫轻质土的高速铁路新型减振路基材料。通过对其密度，强度，应力应变特性进行深入探究，结合单轴压缩试验，研究不同养护龄期下的泡沫轻质土湿密度对抗压强度的影响。采用有限元软件建立传统材料和新型材料下的高速铁路路基模型，通过室内试验和资料调研得到材料参数，梁-弹性半空间模型模拟列车移动荷载，并将泡沫轻质土与传统路基材料在高速铁路路基上应用时分别产生的动响应进行对比研究。结果表明：泡沫轻质土的抗压强度与湿密度之间具有良好的相关性，抗压强度随着养护龄期的增长而增大，且早期增长较快，后期增速逐渐降低。相对于传统路基，新型路基基床表层、基床填土和地基基础的动应力都有一定程度的减弱，其中基床表层和基床填土的减振能力最为明显，消减幅度分别为3.75kPa和2kPa，地基基础相对减振0.78kPa。但在基床底层减振方面，传统路基材料反而比新型路基材料在基床底层上减振3.5kPa，故不建议将新型材料应用于基床底层。综上，泡沫轻质土在高速铁路路基领域具备很大的发展潜力，研究成果可为高速铁路路基的进一步减振研究提供参考。

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弹体攻角侵彻混凝土靶的工程计算模型

薛建锋，沈培辉，王晓鸣

振动与冲击. 2017, 36(13): 238-244.

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为了研究倾角、攻角等参数的变化对侵彻过程的影响，基于表面层裂机理和刚体运动学方程，建立了用于分析弹体斜侵彻混凝土靶的工程计算模型。利用该计算模型得到弹体侵彻过程中的受力和过载的变化情况，获得侵彻弹道随倾角、攻角等参数变化的规律：负攻角对斜侵彻的弹道偏转具有一定的抑制作用，正攻角对斜侵彻的弹道偏转具有放大作用。计算结果与试验数据吻合较好，表明该计算模型能准确地预估弹体斜侵彻混凝土的动力学过程。该方法可以为弹体对混凝土靶的斜侵彻弹道分析，尤其开坑、初始偏转预估提供一种实用手段。

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钢板弹簧瞬态动力学特性建模

张邦基1,邓亢1,谢庆喜1,2,张农1,3

振动与冲击. 2017, 36(13): 245-251.

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为准确模拟钢板弹簧的迟滞非线性，以便开展精确的车辆动力学建模，提出一种钢板弹簧瞬态模型。模型用组合摩擦元对钢板弹簧迟滞机理进行了模拟，并结合动态试验运用自适应模拟退火优化方法对模型参数进行了辨识。最后用识别的参数，对其它试验曲线进行了拟合，结果表明所建模型能够较好表征钢板弹簧的动态特性，是一种合适的钢板弹簧瞬态模型。

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基于差商法的嵌入式角位移传感器自标定

孙世政1,2,3，何泽银1，董绍江1

振动与冲击. 2017, 36(13): 252-257.

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为了摆脱对高精度基准器具的依赖实现对嵌入式角位移传感器的现场标定，结合传感器的结构特点提出了一种利用单个读数头测量值差商的方法实现自我标定。该方法首先利用傅里叶逼近模型将读数头的误差分离为多次谐波的叠加，采用测量值向前差商的方法获取标定模型的中间变量，运用泰勒展开对差商方法进行了误差估计，并通过提高差商阶数降低模型误差，为了保证标定精度，结合最小二乘算法对标定参数进行了寻优。运用自标定方法对两台不同对极数的嵌入式角位移传感器进行了标定实验，并与传感器常用的比较标定方法进行了对比实验。实验结果表明，两台传感器的误差分别从标定前的±30″和±25″，降低至±2.6″和±2.2″，精度得到了大幅度提高，最终的标定参数与传感器实际的误差成分相吻合，标定精度与比较标定的精度基本相同，能够满足嵌入式角位移传感器的高精度、高效率标定要求。

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2017年, 第36卷, 第13期　
刊出日期：2017-06-28

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