振动与冲击

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吴嵌嵌1,张雷克2，马震岳1

振动与冲击. 2017, 36(16): 1-10.

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建立了包括引水系统、水轮机、调速器、发电机电磁系统、电网、水电机组轴系及厂房耦联结构等子模型在内全新的水电站系统非线性动力耦联模型。首先，基于水力、电机、结构等学科理论构建了涉及水力、机械和电磁等因素的联立微分方程组，并采用有限元法建立机组轴系和厂房结构模型。其次，结合Ansys的二次开发功能提出了水-机-电多因素影响下机组和厂房耦联结构模型不同工况动力特性的研究方法。最后，采用差分法及特征线法等数值计算方法，利用该模型对水电站系统的开机工况进行了数值模拟计算和分析，同时对模型的合理性给予了验证。计算结果表明，该模型可以模拟计算水电站系统的开机工况运行过程，并能够较好反映水电站运行时的各种非线性动力特性。针对水电站系统较为复杂的特点，该模型的建立可对电站发电系统进行全面的数值模拟以评价和预测其运行安全性和结构可靠性，从而为水电站在极限工况和过渡工况的运行动态控制提供有益参考。

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城市高架桥塌落冲击地铁隧道结构的动态响应及防护技术

钟明寿1，龙源1，刘影1，路亮2，刘健峰1，纪冲1

振动与冲击. 2017, 36(16): 11-17.

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利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对城市高架桥塌落振动及其对地铁隧道结构的影响进行了系统研究，建立了适于描述桥体塌落冲击作用下地铁隧道结构动力响应的三维有限元计算模型。通过比较有、无防护条件下桥体塌落冲击隧道结构动力响应过程，得到了不同工况下典型质点单元三向振动速度及应力时程曲线变化规律。研究结果表明，与无防护措施条件下桥体塌落冲击隧道结构相比，以“钢板-橡胶轮胎”为主要形式的复合防护结构使隧道所受的振动速度、压应力和拉应力最大值分别下降了98.7%、95.6%及94.4%。实测数据与数值计算结果具有良好的一致性，隧道结构所承受的振动速度低于地铁管理部门提出的安全阈值要求，综合防护体系设计达到了预期效果。

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压电柔性机械臂的实验辨识及最优极点配置抑振控制

娄军强1, 廖江江1, 李国平1, 杨依领2, 魏燕定2

振动与冲击. 2017, 36(16): 18-25.

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研究了压电柔性臂系统的实验辨识和基于极点配置法的振动主动控制问题。针对粘贴应变传感器和压电致动器的压电柔性臂系统，提出了零点重新分布的理论传递函数模型。通过扫频实验采用频域辨识方法确立了从压电致动器控制电压输入到应变桥路电压输出的实验传递函数模型，辨识模型与实际结构响应吻合程度达94.8%。并通过多频激励实验证实了辨识模型与实际结构具有较高的一致性。利用辨识得到的传递函数模型建立了系统状态方程表达式，提出了一种移动距离最短、满足系统闭环阻尼要求的闭环极点位置确立方法。不同闭环极点下的数值仿真和实验结果均证明了采用的最优极点配置方法的有效性。实验结果表明：柔性臂在特定激励和外界干扰激励下产生的弹性振动均得到了有效抑制。所提出的模型辨识方法和极点配置策略是可行的。

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基于Hertz理论的泥石流块石冲击力修正系数研究

陈剑1,2.3，王全才1,2，王浩4，陈颖骐1,2,3，李俊1,2,3

振动与冲击. 2017, 36(16): 26-31.

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基于Hertz弹性碰撞理论的修正公式是计算泥石流块石冲击力的有效方法之一，但公式中的修正系数目前尚无具体的量化方法。在Hertz接触理论和Thornton弹塑性假设的基础上，建立了泥石流块石冲击构筑物的计算模型，推导了修正系数的表达式。研究表明，修正系数是材料强度、泥石流块石尺寸和速度的函数而非一个常量，其随泥石流块石冲击速度的增加而减小，随泥石流块石半径、构筑物材料强度的增加而增加。板子沟泥石流沟防治工程计算结果显示，修正冲击力仅为Hertz弹性碰撞冲击力的15.58%。当泥石流块石冲击速度小于3m/s，修正系数大于0.20；当泥石流块石冲击速度大于3m/s，修正系数介于0.10～0.20之间，计算结果与实践估计较为一致。

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多支承转子系统辛空间传递矩阵法及应用

张娟娟1,崔升1，冯永新2

振动与冲击. 2017, 36(16): 32-36.

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由变分原理出发，引入对偶变量，将多支承转子系统导入辛体系，推导出转子系统在辛空间中的传递辛矩阵格式,体现了保辛的性质。建立多支承转子系统模型，运用MATLAB对模型进行计算分析，求得固有频率等模态参数，计算结果与有限元方法计算值相吻合。通过与传统方法的计算结果比较证明了该计算方法的有效性。求解得到转子系统各阶临界转速，探讨了支承刚度的改变对转子各阶临界转速的影响，为多支承转子系统的优化设计提供了依据参考。

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SH波斜入射时有阻尼成层介质自由场的一维化时域算法

高智能1，卓卫东1，2，谷音1，2

振动与冲击. 2017, 36(16): 37-43.

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在进行大型大跨结构抗震设计时，需要考虑地震波斜入射的影响。本文在刘晶波和王艳提出的一维化时域算法基础上，采用有限差分方法，推导建立了SH波斜入射情形下、考虑阻尼影响的水平成层弹性介质出平面自由场求解的显式数值逐步法公式，并采用Fortan程序语言编制了相应的数值计算程序。综合采用有限元法和数值逐步法，进行SH波斜入射下单层土和双层土的算例分析。结果表明：土层介质阻尼仅影响到SH波斜入射下自由场的位移幅值，而对位移时程的波形没有影响；SH波斜入射下有阻尼与无阻尼情形相比位移幅值有明显衰减，对单层土，30度斜入射下衰减幅度可达40.5%；对双层土，最大衰减幅度可达39.7%；有阻尼土层位移幅值的衰减幅度从底部边界向自由表面逐渐增大。

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欠约束多机协调吊运系统工作空间和运动稳定性分析

王砚麟1，赵志刚1，苏程1，李劲松2，季钢2

振动与冲击. 2017, 36(16): 44-50.

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主要针对多机器人协调吊运系统的工作空间和运动稳定性进行分析，首先根据吊运系统驱动配置情况将系统分为三类；其次应用牛顿欧拉方程建立了系统的广义动力学模型；随后，采用虚拟柔索法给出了该欠约束系统力旋量封闭的解决方案，并对系统工作空间进行了分析，依据广义逆矩阵理论给出了系统满足运动要求时柔索拉力的最优解；紧接着，根据克拉索夫斯基法给出了吊运系统的运动稳定性判据；最后根据实例参数，对三类系统的工作空间进行了数值仿真分析，并应用方阵特征值分解法对工作空间中所有点的稳定性进行了计算，结果表明，三类系统在各自工作空间内均是稳定的，并获得了三类系统的稳定程度关系，研究结果为后续优化系统运动轨迹规划和防摆控制打下基础。

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复合载荷作用下钻头冲击破岩机理研究及现场应用

李思琪1 李玮1 闫铁1 高晗2 毕福庆3 马红滨4

振动与冲击. 2017, 36(16): 51-55.

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复合载荷冲击破岩作为新的高效破岩技术之一可以解决复杂难钻地层机械钻速缓慢、钻具失效严重等问题。本文基于弹性力学和冲击力学理论，建立了复合载荷作用下压头的破岩模型，分析了模型因素对压头侵深的影响。同时，应用有限元软件分析了复合载荷作用下岩石位移和应力的响应。最后通过现场应用进一步证明复合载荷冲击破岩的提速效果。理论研究结果表明：该破岩方法可以在保证钻深基础上，减少钻具失效；同时还扩大了岩石的响应范围和载荷的作用区域，加剧了岩石振动的剧烈程度；当激励频率与岩石固有频率相同或接近时，岩石产生共振，整体振动位移达到峰值。现场应用效果表明：高频低幅轴向冲击工具应用井段平均机械钻速可达3m/h，与常规钻具相比，平均提速可达67.65%。

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基于流形子带特征映射的转子复合故障特征提取方法

王广斌1 李龙1 罗军 2 杜晓阳3 李学军1

振动与冲击. 2017, 36(16): 56-62.

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针对复合故障特征易被噪声信号淹没，传统时频分析和流形学习方法不能完整有效的挖掘故障潜在信息和进一步实现故障特征提取。本文在流形学习的基础上提出了一种流形子带思想并将其应用到转子复合故障特征提取研究中，进而得出了一种基于流形子带特征映射的转子复合故障特征提取方法。首先对故障原始信号序列进行相空间重构，结合小波包对噪声的强烈抑制性和对信号分辨率高的特点，将重构信号分解成不同频带即子带。然后将同故障多种工况下的同一频带融合成频带矩阵并估计其本征维数，最后通过拉普拉斯特征映射算法以本征维数为依据将子带降维获取低维特征向量并提取信息熵，进一步实现故障特征提取。实验表明，相对于经典的局部线性嵌入和拉普拉斯特征映射等算法，流形子带特征映射算法不仅对单故障而且对复合故障特征进行了更完整有效的挖掘和提取。

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摩擦摆支座隔震连续梁桥地震能量反应研究

张常勇1,2，钟铁毅2，杨海洋2

振动与冲击. 2017, 36(16): 63-67.

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以某三跨混凝土连续梁桥为例，建立了该桥的空间有限元分析模型，在三条人工地震波作用下，采用非线性时程分析方法计算了应用摩擦摆支座（FPS）隔震前、后结构的纵向地震能量反应，对比了三种隔震体系的耗能效果，并研究了FPS等效滑动半径和摩擦系数对能量反应及分配的影响。分析研究结果表明：采用FPS隔震后结构体系绝大部分地震能量由支座耗散，可有效降低结构的能量耗散需求，保护结构安全，其中全桥隔震方案效果最好。增大等效滑动半径和摩擦系数均有利于提高FPS支座耗能减震效果，结构能量耗散需求随之减小，但当等效滑动半径和摩擦系数较大时，继续增大设计参数对耗能减震效果的改善作用趋于不变。

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区间痕迹下事故再现结果不确定性分析的改进仿射法

邹铁方1,2，彭海涛1,2，肖璟1,2 蔡铭3 李华1,2

振动与冲击. 2017, 36(16): 68-72.

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区间痕迹下事故再现结果亦为区间，当采用仿射算法分析再现结果不确定性时，因再现模型的非线性而会导致分析结果偏离真值。为提高不确定性分析的精度，借助泰勒展开式对仿射法进行改进。改进仿射法首先对事故再现模型进行标准化处理，然后再对模型进行泰勒展开，得到理想的泰勒展开式；接着对泰勒展开式内的变量进行仿射转换，并用矩阵形式表达；最后用区间多项式上下界公式计算出事故再现结果的取值区间。进一步，给出了分析仿真再现结果不确定性的改进仿射法步骤，并用3个数值算例和一个真实案例验证所提出的方法，结果表明改进方法能提高计算结果精度，且实用范围广，表明其能用于实践中。

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热连轧机机液耦合动力学系统控制参数优化

凌启辉,赵前程，王宪，王肖芬

振动与冲击. 2017, 36(16): 73-78.

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以现场某热连轧机机液耦合系统为研究对象，提出一种基于双目标改进粒子群优化热连轧机机液耦合系统控制参数并控制其振动的方法。本文通过建立热连轧机机液耦合系统动力学模型，以热连轧机机液耦合系统响应指标最佳和振动强度最弱为目标函数，对液压压下系统控制参数进行优化，获得了在满足系统动态响应要求的前提下其振动最小的最优控制参数；通过数值计算得到系统在不同控制参数下的振动加速度有效值和动态响应，仿真结果表明系统振动最小时其动态响应指标达不到要求，而响应指标最优时系统振动较大。最后，将优化方法应用于工业现场轧机，实践证明，调整轧机液压压下系统控制参数后可有效缓解轧机振动大小，为抑制热连轧机振动提供了有效的解决途径。

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大跨悬索桥吊索阻尼比影响因素分析

李胜利1，张帅1，王东炜1，欧进萍2

振动与冲击. 2017, 36(16): 79-84.

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确定大跨悬索桥吊索的阻尼比及其影响因素是设计中的难点，且目前吊索流固耦合二维数值计算中吊索阻尼比取值的实际工程意义不太明确，为了利用二维流固耦合计算实际工程中吊索的风振特性，其中吊索断面刚度和阻尼的取值至关重要，为了研究吊索断面的阻尼特性，采用自由振动衰减法和有限元方法分析了吊索初始张力、长度、直径、风速、约束条件以及吊索位置对吊索阻尼比的影响。结果表明：吊索阻尼比随其初始张力的增大而增大，吊索阻尼比随其直径和长度的增大而减小；吊索阻尼比随风速的变化而变化；吊索两端为固定端约束时的阻尼比大于吊索两端为固定铰约束是的阻尼比；吊索的跨中阻尼比最小，从跨中向两端吊索阻尼比逐渐增大。因此在吊索流固耦合计算时，吊索阻尼比的取值随吊索初始张力、长度、直径、风速、约束条件以及吊索位置的不同而不同。

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Laplacian双联最小二乘支持向量机用于早期故障诊断

李锋1，汤宝平2，郭胤3

振动与冲击. 2017, 36(16): 85-92.

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提出基于Laplacian双联最小二乘支持向量机(Laplacian twin least squares support vector machine, Lap-TLSSVM)半监督模式识别的新型早期故障诊断方法。首先用时、频域特征集广泛收集旋转机械不同早期故障的特征信息，再用提升半监督局部Fisher判别分析(enhanced semi-supervised local Fisher discriminant Analysis, ESSLFDA)将高维时、频域特征集约简为具有更好类区分度的低维特征向量，并输入到Lap-TLSSVM中进行早期故障诊断。Lap-TLSSVM引入了包含大量无标签数据信息的流形规则实现半监督学习；其目标函数只含等式约束条件，且用共轭梯度法求解目标函数的线性方程组以加速训练过程。所提出的方法在训练样本非常稀少的情况下具有较高的诊断精度和计算效率。深沟球轴承早期故障诊断实验验证了该方法的有效性。

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基于奇异值分解的液压信号时域分解方法

张小明，唐建，张梅军

振动与冲击. 2017, 36(16): 93-99.

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为了抑制模态混叠和降低分量中的噪声含量，提出了一种基于奇异值分解的液压信号时域分解方法。根据奇异值分解的两点特性：一是每个频率成分对应两个大小相当的奇异值，二是各频率对应的奇异值的大小与该频率的振幅呈正相关，该方法先选取原信号中的某一频率，向其中叠加频率相同、振幅已知的周期信号，使叠加信号中该频率的振幅最大，这样与其对应的奇异值一定位于对角矩阵的前两阶，解决了原信号该频率的奇异值阶数无法确定的问题，继而选取前两阶奇异值重构，再减去前步加入的周期信号，即还原出原信号中该频率的时间序列。同样，对于原信号中的其他频率用相同方法处理，最终获得一组分量。经实验，该方法较EMD不仅能有效消除模态混叠，而且降低了分量中的噪声含量。

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计及齿轮时变啮合刚度的机车驱动系统振动稳定性

王燕1，刘建新2，李淼3

振动与冲击. 2017, 36(16): 100-105.

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针对齿轮时变啮合刚度激励的机车驱动系统振动问题，基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度，并用傅里叶级数展开，采用“粘着系数-蠕滑速度”经验公式描述具有负斜率特性的轮轨粘着力，建立了驱动系统扭转振动和轮对纵向振动模型。在系统振动微分方程的平衡点处对其进行线性化处理，进而利用多尺度法获得了系统振动稳定的边界条件，并进行了数值仿真验证和参数影响分析。分析结果表明：增大齿轮传动比、被动齿轮与主动齿轮的等效惯量比、轮对与构架的质量比有助于增强机车驱动系统的稳定性；当机车速度为119/j(km.h-1)(j=1,2,3......) 时，由于齿轮时变啮合刚度的作用，驱动系统会产生参数共振；且当速度为119km.h-1时，系统产生参数共振的区域较广，且啮合阻尼在[0,1x104]N.s.m-1范围内变化时，对系统共振区域的范围影响很小，机车应尽量避免以该速度行驶。

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基于风致振动效应的微型风能收集器研究现状

赵兴强1，2，王军雷3，蔡骏1，2，郭颖1，2

振动与冲击. 2017, 36(16): 106-112.

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在环境能量收集技术领域，基于风致振动效应的微型风能收集器已成为一个研究热点，论文对其研究现状和发展趋势进行了总结与分析。分别讨论了风到振动、振动到电能的能量转换过程，重点对基于涡激振动、颤振、驰振、共振腔的微型风能收集器的基本理论和典型结构进行了分析。结果发现，目前微型风能收集器的机电转换方式以压电效应为主，风致振动方式以颤振和驰振为主要发展趋势。

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西安小雁塔结构振动控制试验研究

王社良，刘伟，杨涛

振动与冲击. 2017, 36(16): 113-121.

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为了减小地震对小雁塔结构的影响，利用形状记忆合金（SMA）的超弹性，结合悬摆减震理论，研发了形状记忆合金复合悬摆减震系统（SMA-SPDS），对该减震系统进行了振动台试验，探讨了SMA-SPDS的工作性能和有效性；设计并制作一个1/10的小雁塔结构缩尺模型，并将SMA-SPDS分别设置于小雁塔模型结构中进行模拟地震振动台试验，得到了设置与未设置SMA-SPDS的小雁塔模型结构的地震响应，对比分析了SMA-SPDS的减震效果。结果表明：文中研发的SMA-SPDS系统性能稳定，便于集成，减震效果明显，能够较好满足古塔结构的减震需求；设置SMA-SPDS后，可以明显地改变塔体结构变形规律，模型结构各点的位移响应均明显降低，特别是塔体顶部效果明显，一般情况下可减小30%；试验结果还表明，地震作用越强烈，SMA-SPDS的减震效果越明显，文中研发的SMA-SPDS是一种能够有效减小古塔结构地震响应的新型减震系统，对砖石古塔结构的消能减震保护具有参考价值。

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RC柱侧向冲击破坏模式的数值模拟研究

刘飞1,2,罗旗帜1，严波2，蒋志刚2

振动与冲击. 2017, 36(16): 122-127.

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本文采用非线性有限元方法对有轴压力RC柱的动态响应过程进行了数值仿真，分析了RC柱的破坏模式及其转换机理，研究了轴压力的影响。结果表明：有轴压力RC柱剪切破坏过程可分为斜裂缝形成、箍筋屈服和完全破坏三个阶段，其变形模式先后为撞击点局部弯曲、整体弯曲和柱子根部局部剪切变形；静力条件下弯曲破坏RC柱在冲击作用下可能发生剪切破坏，其重要原因是纵筋应变率大于箍筋应变率；随着轴压比的增大，发生剪切破坏的RC柱趋向于发生由混凝土抗压强度控制的弯曲破坏。

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粗粒土路基循环荷载试验及累积变形模型研究

龙尧，张家生，丁建源，王维波

振动与冲击. 2017, 36(16): 128-133.

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为了探讨粗粒土路基在往复列车荷载作用下产生的累积变形和动力特性，开展了粗粒土的室内动三轴试验，分析了不同循环应力比、不同围压对粗粒土路基累积变形的影响。根据动三轴试验结果，提出了考虑围压和循环应力比影响的粗粒土路基累积变形模型。研究结果表明：循环应力比为0.3时是加载次数-累积动应变曲线由稳定型向破坏型演化的起点。随着循环应力比的增大，软化指数不断增大；当循环应力比小于0.3时，软化指数随着围压的增大而减小，当循环应力比大于0.3时，软化指数随着围压的增大而增大。累积变形模型反映循环应力比和围压对累积动应变的影响，能较好的预测累积动应变的发展趋势，且模型参数有明确的物理意义，希望能为粗粒土路基的设计和养护提供参考。

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摆线钢球行星传动运动分叉特性研究

杨荣刚安子军姜威

振动与冲击. 2017, 36(16): 134-140.

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为揭示摆线钢球行星传动的非线性动力学行为，建立包括外部激励、啮合副啮合状态及啮合刚度等非线性因素的纯扭转强非线性耦合动力学模型。建立能够描述啮合副所处状态的预紧非线性函数，根据静力学分析获得啮合点静态变形量，建立非线性动力学微分方程组，利用数值分析方法获得系统随压缩量、阻尼系数变化的分叉图，并绘制不同参数下的相图和庞加莱图，研究不同参数对系统分叉特性的影响规律。结果表明，轴向压缩量对系统稳定性影响较大；轴向压缩量和旋转阻尼系数增加，高速运转的系统最终稳定于短周期运动，低速运转的系统最终稳定于准周期运动；阻尼较小时系统在低速状态下的稳定性较高，阻尼较大时系统在高速状态下的稳定性较高。

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轴向拉压型金属阻尼器抗震性能测试及其应用研究

鲁亮1，刘霞2，代桂霞1

振动与冲击. 2017, 36(16): 141-147.

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本文以一种轴向拉压型金属阻尼器为研究对象，介绍了轴向拉压型金属阻尼器的结构构造及其理论计算方法；进行了抗震性能测试，得到了轴向拉压型金属阻尼器的屈服位移、屈服荷载及屈服刚度，并分析了其耗能能力；研究了轴向拉压型金属阻尼器在体外预应力自复位结构中的应用。研究结果表明：轴向拉压型金属阻尼器利用腹板轴向拉压耗能，避免了连接构件的局部损坏；安装方式与黏滞阻尼器相同，安装方便、易于更换；轴向拉压型金属阻尼器具有提供结构附加刚度，控制结构位移，耗能显著的优点。

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基于改进EEMD样本熵的高速列车滚子缺陷AE信号提取

邓韬，林建辉，黄晨光，靳行，张敏

振动与冲击. 2017, 36(16): 148-154.

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提出一种改进EEMD滚子缺陷声发射（AE）信号提取新方法，该方法根据EMD分解的二进滤波器组特性构造幅值与频率成线性—正弦规律变化的噪声添加进测试数据，给出了噪声构建原则，并按频率由高到低限定各阶IMF筛选次数，选取同一时段高频IMF归一化样本熵占比较大的数据段作为声发射事件参考。对实测数据计算表明特殊构造的噪声和筛选次数能有效抑制中低频段模态混叠和高阶IMF小波消失现象，改进后的EEMD方法分解出的IMF分量物理意义明确，性能优于传统EEMD方法。分段的IMF样本熵能在连续监测中捕捉声发射事件，对应的Hilbert谱能直观凸显出滚子缺陷声发射信号，滚动体AE信号事件周期与理论计算相吻合。

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基于BP神经网络的冲击波压力传感器组件动态特性分段建模方法研究

杨凡1，孔德仁1，孔霖2，王芳1

振动与冲击. 2017, 36(16): 155-158.

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受爆炸场中寄生效应的影响，需要采取相应抑制措施对冲击波压力传感器进行改造。为研究冲击波压力传感器组件的动态特性，基于双膜激波管对冲击波压力传感器组件进行动态校准，获得了阶跃响应信号；采用微分法求取了传感器组件动态特性非参数模型；根据冲击波压力传感器组件动态特性非参数模型变化规律，在频域内对其进行合理分段，并基于BP神经网络分段建模方法得到传感器组件动态特性模型；通过实例分析与比较，证明了基于BP神经网络的分段建模方法能够有效提高模型精度和建模效率。

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基于多维模态方法的流体二维非线性强迫晃动分析

李遇春,刘哲,王立时

振动与冲击. 2017, 36(16): 159-165.

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本文基于多模态方法分析了二维容器内液体的强迫非线性晃动问题，采用绝对速度势函数描述动坐标下的流体非线性运动，根据Bateman-Luke变分原理，将非线性自由边值问题转化为等效的泛函极值问题，将自由液面波高函数和绝对速度势函数展开为广义 Fourier 级数，得到相互耦合的有限维非线性模态系统(一组非线性常微分方程)，采用Runge-Kutta (龙格-库塔)法求解非线性常微分方程组,从而得到液体的强迫非线性晃动响应, 本文分别模拟并讨论了矩形容器内液体在强地震作用下的晃动响应、在水平谐波作用下的普通共振稳态响应、在竖向谐波作用下的参数共振稳态响应，预测了液体在普通共振与参数共振共同作用下的液面响应。本文将多模态结果与其它数值方法的结果进行了对比, 计算结果表明:多模态方法在长时间非线性稳态响应分析上具有其独特的优势。

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以带肋楼板为质量块形式的TMD设计方法研究

裴星洙1，孙健杰2

振动与冲击. 2017, 36(16): 166-175.

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为了不额外增大结构自重，同时又能将TMD原理很好的应用于高层建筑结构地震反应控制，本文提出以带肋楼板的恒载和活荷载换算为子结构的质量、设置在主梁（包括次梁）和带肋楼板之间的橡胶隔震垫的抗侧刚度和阻尼代替子结构的弹簧和阻尼器的一种TMD体系。考虑该TMD的高层建筑为研究对象，建立振动微分方程，利用自编程序进行地震反应弹塑性时程分析，讨论该体系的合理性和可行性。基于定点理论的思想对TMD的设计方法进行研究。在多种地震动作用下，分别计算原结构与消能减震结构的地震反应，并对比两者的耗能情况。考虑TMD设置位置对消能结构地震反应的影响，分析该TMD在实际工程中实施的可行性和方案，最终提出简单有效的TMD设计方法-定点理论修正法。基于该方法并运用算例模型进行计算分析，结构运用该方法后具有较好的消能减震效果，故定点理论修正法是合理可靠的。

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磁流变阻尼器受控框架结构的空间杆系计算模型

张香成1，周甲佳1，徐志朋1，李倩1，赵军1, 2，关罡3，于秋波3

振动与冲击. 2017, 36(16): 176-181.

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为了分析加入磁流变阻尼器（MRD）框架结构的多维减震性能和扭转振动特性，基于杆系模型建立了MRD受控框架结构的空间杆系计算模型。以十层钢筋混凝土（RC）框架结构为例，采用MATLAB软件开发了无控和MRD受控RC框架结构的空间杆系计算模型程序，在地震荷载作用下分别进行了动力时程分析，对未控和有控下框架典型节点X、Y、Z向的位移、加速度时程响应和结构的空间扭转振动响应进行了对比。结果表明：MRD可有效减小RC框架结构的多维位移和加速度时程响应，若阻尼器位置设置不当，将会增大结构的扭转振动响应。结果验证了MRD受控框架结构的空间杆系计算模型及其MATLAB程序的正确性和有效性。

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基于粒子群优化的改进EMD算法在轴承故障特征提取中的应用

郭泰1，邓忠民1，徐萌2

振动与冲击. 2017, 36(16): 182-187.

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经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD）作为一种数据驱动的自适应信号分解方法，在轴承故障特征提取中有着广泛应用。针对EMD自身存在的模态混叠、端点效应以及三次样条插值带来的过冲/欠冲问题，同时考虑到有理Hermite插值方法具有一个形状控制参数，为选择最优的插值曲线提供了可能，基于此，本文提出了一种基于粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）的改进EMD算法，首先，选定频率带宽作为IMF优劣评判准则，并以此作为PSO的评价函数；其次在筛分过程中，从众多不同形状控制参数对应的分解结果中寻找最优IMF从而确定最优形状控制参数；最后，在每阶分解结果中都能保证所得IMF是最优的，从而达到更好的自适应性及更高精度。为验证所提出方法的有效性，采用传统EMD、EEMD与文中算法对仿真信号进行处理、对比，并通过计算相关技术指标进行了验证。最优将其应用于滚动轴承故障特征提取，并与传统EMD算法、EEMD进行对比，包络谱结果显示，改进后的EMD算法具有更好的分解效果，抑制干扰并能提取出更多故障信息。

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基于功率流有限元方法的异形薄板能量密度求解

刘知辉 1，牛军川 1,2，周一群 1

振动与冲击. 2017, 36(16): 188-194.

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在机械工程中，对结构在不同频率激励下的振动响应进行分析预测具有重要的意义。功率流有限元法以其适用频率范围较广，可得到结构响应的细节信息等优点成为振动分析领域的研究热点。利用功率流有限元方法对薄板的弯曲波能量密度进行了求解，使用加权残差法导出了薄板单元节点的能量密度残差，利用线性四边形网格对薄板进行网格划分并在此基础上建立了单元的有限元方程，进一步地通过对单元有限元方程的组装和求解得到了薄板上各个节点处的能量密度响应，引入线性三角形网格以处理复杂形状薄板能量密度的求解，对使用功率流有限元方法求解任意形状薄板上的能量密度分布问题具有一定意义。

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结合地震易损性分析的桥梁地震损伤识别

单德山，周筱航，杨景超，李乔

振动与冲击. 2017, 36(16): 195-201.

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目前在使用模式识别理论进行复杂桥梁地震损伤识别时仍存在许多困难，如损伤模式不易确定、损伤指标难以提取和无法构建足够数量损伤样本等。针对上述问题，提出了一种基于地震易损性分析的桥梁地震损伤模式识别新方法。首先，将地震激励分为主震和余震两类。使用主震对桥梁进行地震易损性分析以确定其在地震激励下可能发生的损伤情形，进而确定地震损伤模式和有策略地布置传感器。使用余震激励已损伤桥梁获得其动力响应信息，以构建足够数量的数据样本。然后，使用希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)对结构响应数据进行处理，提取对损伤敏感的指标(Damage Index, DI)。最后，采用模式识别理论建立DI与损伤模式之间的对应关系，实现对桥梁地震损伤模式的识别。将所提方法应用于连续刚构桥的地震损伤识别，结果表明该方法可准确识别桥梁地震损伤，且算法具有较强的抗噪声干扰能力。

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基于Patran及频域分析的叠层焊点随机振动可靠性分析

张龙，黄春跃，黄伟，华建威

振动与冲击. 2017, 36(16): 202-206.

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基于Patran软件建立了叠层焊点三维有限元分析模型，分析了随机振动条件下叠层焊点的固有频率、振型和频率响应规律，获得了叠层焊点应力应变分布和应变功率谱密度响应曲线，并基于功率谱和雨流计数法计算出了叠层焊点振动疲劳寿命；分析了焊盘直径和焊点最大径向直径对叠层焊点随机振动寿命影响。仿真结果表明：在叠层焊点高0.5mm、焊盘直径0.3mm和焊点径向最大直径0.4mm时其随机振动疲劳寿命为3132小时；当焊盘直径从0.2mm增加到0.35mm时，叠层焊点振动疲劳寿命随焊盘直径增大而增大；当焊点最大径向直径从0.4mm增加到0.55mm时，叠层焊点振动疲劳寿命随焊点最大径向直径增大而减少。

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基于前后向子分段和频移补偿的频率与相位联合估计器

黄翔东, 靳旭康, 白瑞朋

振动与冲击. 2017, 36(16): 207-211.

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频率估计和相位估计是物理学中的两个基本的测量问题。现有的估计器难以对这两个参数实现高精度的联合测量。为实现联合测量，对已有前后向子分段频率估计器做如下两方面改进：第一，对前、后向子分段FFT谱峰相位值做平均，获得中心样点的瞬时相位估计；第二，引入频移补偿措施，使得前、后向子分段的峰值谱能量更为集中，增强了估计器抵御噪声的能力，同时提升了估计器的频率和相位估计精度。理论分析和仿真实验表明：该联合估计器性能高于原有前后向子分段估计器和全相位FFT/FFT相位差估计器，对于频率偏离情况，其频率估计方差为克拉美-罗限的4/3倍，其相位估计方差可达到克拉美-罗限。

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杠杆平衡式起竖机构的建模与运动轨迹规划

刘毓希，高钦和，牛海龙，程祥瑞

振动与冲击. 2017, 36(16): 212-217.

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针对特种车辆起竖过程中多级缸换级负载冲击大等问题，采用单级缸驱动的杠杆平衡式起竖机构，并建立了该机构的数学模型，推导出机构输入与输出之间的表达关系式；针对机构不同的运动情况对整体性能影响大的问题，提出采用正向规划和逆向求解规划的运动轨迹规划方法，并分析了这两种方法在不同场合下的适用情况。仿真与实验结果表明：该方法所建立的数学模型是正确的，且电动缸伸出长度与起竖角度有直接的数学关系；电动缸的运动速度与负载的起竖角速度有间接的比例关系，这说明在无传感器的情况下就可以监测负载的运动状况，为起竖机构运动规划时临界条件的判断以及今后的研究提供了重要的理论参考依据；正向轨迹规划有利于机构的快速起竖和减少最大输出功率，逆向轨迹规划有利于机构的平稳起竖。

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基于多重重叠技术的振动信号频谱分析方法研究

颜丙生1，赵俊杰1，汤宝平2

振动与冲击. 2017, 36(16): 218-223.

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由于具有较小的旁瓣，汉宁、汉明和三角窗常被用于振动信号频谱分析中。但是，加这些窗会导致落在窗边缘的脉冲信号受到抑制而无法被有效检测出来，而脉冲信号中可能含有设备运行重要信息。针对此问题，研究了基于多重重叠技术的振动信号频谱分析方法并提出了相对最大值抽取的多重重叠算法。通过虚拟仿真信号和MFS-MG机械故障仿真试验台实测信号对多重重叠频谱分析方法进行了试验测试。虚拟仿真结果表明，边缘脉冲信号的多重重叠频谱幅值为一般频谱分析方法的8-10倍；试验台故障模拟信号的分析结果同样表明，多重重叠频谱分析方法比一般频谱分析方法更能表现边缘脉冲信号的宽频特征。

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基于粒子群算法的被动分数阶汽车悬架参数优化设计

游浩，申永军，杨绍普

振动与冲击. 2017, 36(16): 224-228.

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本文利用粒子群算法研究了被动分数阶汽车悬架参数的优化设计。分数阶汽车悬架系统是指运动微分方程中含有分数阶微分项的汽车悬架系统。建立了被动分数阶悬架系统的仿真模型，利用Oustaloup滤波器算法实现了该模型中分数阶微积分的近似计算。随后，利用粒子群算法寻找一组最优的悬架参数来协调汽车操纵稳定性和乘坐舒适性的关系以到达最优的悬架性能。最后，对比了原悬架系统和优化后悬架系统在A、B、C、D共四级路面输入下的响应及其频率特性。研究结果表明利用本文方法对被动分数阶悬架参数进行优化设计，在保证汽车操纵稳定性的前提下乘坐舒适性得到明显改善。

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嵌入式共固化复合材料夹芯板结构的自由振动

翟彦春1，2,梁森2, 付小静2

振动与冲击. 2017, 36(16): 229-233.

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本文基于一阶ZIG-ZAG理论和夹芯层的常复数模型，采用Navier解形式对铺层方式为(0o/90o/0o)的薄的四边简支三层夹芯板的自由振动进行分析。研究了在夹芯板总厚度不变的前提下，固有频率随着表层厚度的增加呈现先减小后增大的趋势，呈上凹抛物线状；损耗因子值随着表层厚度的增加呈现先增大后降低的趋势，分布呈下凸抛物线状，最大值出现在表层和底层厚度相等时，因此对称结构夹芯板为最优结构设计；在夹芯层厚度和位置一定的前提下，固有频率的值随着表层和底层厚度的增加而增大，损耗因子值随着表层和底层厚度的增加呈现先增加后减小的趋势，损耗因子存在最大值，为夹芯板结构的最优设计提供参考。

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超设计地震作用下核岛结构三维震动响应与控制研究

莊初立，张永山，汪大洋

振动与冲击. 2017, 36(16): 234-240.

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建立了AP1000核岛结构(屏蔽厂房和钢制安全壳)的ANSYS有限元模型，将ANSYS模态分析结果与既有研究成果和Midas Gen计算结果对比，验证了核岛结构有限元模型的正确性，基于此模型开展安全停堆和超设计地震下的核岛结构三维震动响应研究，引入基础隔震控制技术，研究隔震核岛结构在超设计地震作用下的震动控制效果。研究结果表明：AP1000核岛结构在超设计地震作用下，水平和竖向加速度响应剧烈，顶点最大水平和竖向加速度分别为安全停堆地震下的3.31和3.33倍，屏蔽厂房结构应力超过材料容许应力进入非线性状态。采用基础隔震控制后核岛结构在超设计地震下的相对水平加速度、上部结构相对水平位移、构件内力和基底剪力等地震反应大幅降低，基底剪力减小率均达78%以上，隔震控制效果理想，基础隔震技术能有效地解决超设计地震下核岛结构的地震安全问题。

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爆破振动对地下管道影响试验及风险预测

张黎明1，赵明生2,3，池恩安1,2，黄波1，何兴贵1

振动与冲击. 2017, 36(16): 241-247.

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为了降低爆破振动有害效应，探究爆破振动对地下管道的影响，需基于管道破坏的应变准则，建立爆破振动质点峰值速度与管道破坏的对应关系。首先利用TC-4850N爆破振动测试仪、DH3820静态应变测试系统在大龙经济开发区高铁城棚户区山地场平工程进行爆破现场试验；然后对获得不同爆心距、不同最大段装药量时管道地表振动峰值速度及相应管道轴向、环向应变，进行拟合分析，结果表明合成峰值振速与地下管道轴向、环向应变呈指数函数关系；最后结合该场地条件下爆破振动衰减规律及管道最大容许应变，预测出试验条件下管道所能承受的地表最大峰值振速及此爆破条件下管道爆破施工安全距离。分析表明，燃气管道50m范围内禁止爆破施工的规定有待改进，应根据实际情况分析预测地下管道安全距离。

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#br# 汽车前保险杠低速碰撞试验计算分析方法

李旻1，夏彰阳1，李云飞1，尤黎民2，何鼎峰2，上官文斌1

振动与冲击. 2017, 36(16): 248-254.

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对比分析了各国保险杠低速碰撞试验法规，参照欧洲ECE-R42、美国Part 581和加拿大CFVSS215法规，提出了4种保险杠低速碰撞分析的计算工况。建立了保险杠系统低速碰撞分析的有限元分析方法，以最大纵向变形量和吸能百分比作为主要评价指标，对一保险杠系统在4种工况下的碰撞性能进行有限元模拟分析。在其它条件不变的情况下，对比分析了不同厚度保险杠系统的动态响应特性及能量变化情况，并选择横梁厚度为2.0mm的保险杠。本文工作对低速碰撞下保险杠系统的设计具有借鉴意义。

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2017年, 第36卷, 第16期　
刊出日期：2017-08-15

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