振动与冲击

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谭霞1, 丁虎1, 陈立群1,2

振动与冲击. 2017, 36(22): 1-5.

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研究外部激励作用下，超临界轴向运动Timoshenko梁横向非线性振动的稳态响应。通过对非零平衡位形的坐标变换，从轴向运动Timoshenko梁的横向振动控制方程推导得到超临界速度下受横向外部激励的陀螺系统标准控制方程。运用Galerkin截断法数值研究超临界下轴向运动Timoshenko梁的稳态周期幅频响应关系。并通过与超临界速度下轴向运动Euler-Bernoulli梁的稳态幅频响应曲线进行对比，研究Euler-Bernoulli梁理论的适用范围。

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列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究

朱志辉1，2，程玉莹1，龚威1，蔡成标3，郭向荣1

振动与冲击. 2017, 36(22): 6-13.

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为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应，基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型，车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型，轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1092m的沪通长江大桥为例，研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明：固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目，又可以反映桥梁局部动力响应；等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动，但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性，故所计算的主梁振动位移偏差较大；由于桥面板局部竖向刚度较小，桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度，建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时，考虑桥面板局部振动的影响；列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小，动力效应不显著。

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均匀流下柔性立管涡激振动响应及涡激力载荷特性研究

宋磊建1,2，付世晓,2，任铁1,2,3，于大鹏4，张萌萌1,2

振动与冲击. 2017, 36(22): 14-21.

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本文采用模型试验的方法研究了均匀流下柔性立管的涡激振动（VIV）响应特性及涡激力载荷特性。文中首先对均匀流场中柔性立管的VIV响应特性进行了分析，而后通过欧拉-伯努利梁动态响应控制方程和最小二乘法求取了柔性立管顺流向（IL）和横流向（CF）的涡激力系数。研究结果表明：均匀流下柔性立管的VIV为位移和主导频率不随时间变化的稳态响应，顺流向涡激振动的主导频率为横流向的2倍；柔性立管的激励系数与强迫振动试验获得的系数不一致：无因次频率处于激励区间的激励系数存在负值，激励系数不仅和无因次频率及无因次振幅相关，还与CF&IL方向位移相位角相关；在无因次频率0.13到0.22下，横流向的附加质量系数在1.5到3.0之间振荡变化；而顺流向的附加质量系数在无因次频率0.26到0.42的区间内从-1.0迅速增大到1.2后基本保持不变。

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基于变分模态分解和排列熵的滚动轴承故障诊断

郑小霞1，周国旺1，任浩翰2，符杨1

振动与冲击. 2017, 36(22): 22-28.

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滚动轴承早期故障信号特征微弱且难以提取，为了从轴承振动信号中提取特征参数用于轴承故障诊断和识别，提出基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和排列熵(Permutation Entropy, PE)的信号特征提取方法，并采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行故障识别。首先对轴承振动信号进行变分模态分解，得到不同尺度的本征模态函数；然后，计算各本征模态函数的排列熵，组成多尺度的复杂性度量特征向量；最后，将高维特征向量输入基于支持向量基建立的分类器进行故障识别分类。通过滚动轴承实验数据分析了算法中参数选取问题，将该方法应用于滚动轴承实验数据，并与集合经验模态分解和小波包分解进行对比，分析结果表明，基于变分模态分解和排列熵的诊断方法有更高的诊断准确率，能够有效实现滚动轴承的故障诊断。

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薄壁管拉扭复合相变波的实验研究

王波 1,张科 1,唐志平 1

振动与冲击. 2017, 36(22): 29-33.

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为了观察相变波在复合应力加载条件下的传播特性，通过一套薄壁管预扭冲击拉伸的实验装置，对相变材料NiTi合金薄壁管进行了预扭冲击拉伸的实验研究，实验观察到了明显的拉扭耦合快波结构，证明了复合应力下相变波确实具有耦合特性，此外，实验结果还表明相变材料NiTi合金在拉扭复合应力下的相变临界点具有明显的率无关性。由于拉扭耦合慢波部分的应变变化较小，在实验波形中不易分辨，对实验过程进行了数值模拟，模拟结果和实验基本吻合，并能观察到相应的耦合慢波部分。

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基于S变换和时频谱空间滤波的超声缺陷回波检测方法

曾祥，吴学雷2，周晓军，杨辰龙，陈越超

振动与冲击. 2017, 36(22): 34-39.

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缺陷回波的检测是超声探伤的一项重要内容。为减弱噪声的影响准确检测缺陷回波，提出基于S变换时频分析和时频谱空间滤波的信号处理方法。讨论了高斯回波模型下的到达时间和中心频率与S变换时频谱的关系，说明了利用S变换时频谱幅值矩阵的极值提取回波到达时间和中心频率的合理性。为检测回波，首先对原始信号作S变换，然后对得到的时频谱幅值矩阵应用最大熵法自适应选择去噪阈值，对S变换时频谱作空间滤波完成降噪。从降噪后的区域中提取反映缺陷的到达时间和中心频率。对降噪后的时频谱作S逆变换，获得缺陷回波明显的时域信号。仿真研究表明，基于S变换和时频谱空间滤波的方法能够有效去除噪声，检测回波。棒材试块的实验结果同样表明了该方法在缺陷检测上的有效性。

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大口径高压管道物理爆炸冲击波传播规律的试验研究

程良玉，龙源，毛益明，徐全军，纪冲，吴建源

振动与冲击. 2017, 36(22): 40-44.

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根据动态测试理论，构建基于DH5960的网络动态信号测试分析系统，开展直径为1422mm的大口径全尺寸高压气体管道爆炸试验。得到了各测点空气冲击波的P（t）曲线，经小波变换滤波后采用最小二乘法对冲击波在空间上的传播特性进行数值拟合，得到了衰减曲线和衰减公式。对比试验组和对照组的冲击波曲线，发现高压管道物理爆炸空气冲击波在近地面自由场的传播具有非圆形波阵面的特征。

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基于小波包和拉普拉斯特征值映射的柱塞泵健康评估方法

王浩任1，黄亦翔1，赵帅1，刘成良 1，王双园1，张大庆 2

振动与冲击. 2017, 36(22): 45-50.

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柱塞泵是液压系统的关键部件之一，监测其健康状态对液压系统的可靠运行具有重要意义。因此本文提出一种基于小波包和流形学习的方法，用于分析柱塞泵出口振动信号，从而对其进行健康评估。该方法首先利用小波包对原始信号进行分解，从中提取用于描述柱塞泵健康状态的有效特征群。其次，把提取的高维特征群作为输入，利用并比较多种流形学习方法进行特征降维，选取状态识别准确率最高的拉普拉斯特征映射方法，建立起的特征向量到健康状态之间的对应关系，实现液压泵健康状态监测的分类要求。实验结果表明，采用小波包和拉普拉斯特征映射相结合的方法可以有效提高柱塞泵状态评估的准确性。

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基于位移的重力坝地震易损性分析方法

马智勇1,2，张伟1,2，周强1,2，唐可人1,2

振动与冲击. 2017, 36(22): 51-58.

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针对重力坝地震易损性分析中存在的性能指标参数敏感性大且难以获取、震害等级定量划分困难的问题，提出了基于位移性能指标和相应震害等级划分的重力坝易损性分析方法。首先，选取坝顶和坝颈相对坝踵的顺河向位移作为性能指标，合理选取输入地震波，采用非线性动力时程分析研究了性能指标与破坏形态及结构损伤间的相关性，提出了震害等级的五级划分标准；然后，结合SAC-FEMA的易损性概率分析方法，建立了基于位移的重力坝地震易损性分析方法，可估算重力坝在各级地震作用下出现各级震害的概率，为重力坝抗震设计、地震灾害预测和风险分析提供易损性分析基础。

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不同水深水下爆炸载荷作用下多孔覆盖层有效厚度工程估算方法

殷彩玉，金泽宇，谌勇，华宏星

振动与冲击. 2017, 36(22): 59-64.

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针对芯层为塑性多孔材料的抗冲覆盖层在深水非接触爆炸载荷作用下的有效厚度开展了理论研究。建立了完整的考虑覆盖层大变形、流固耦合效应、空化效应及静水压力作用的理论模型，用以求解覆盖层的有效厚度。分析了冲击环境变化及覆盖层参数变化对有效厚度的影响，得到了覆盖层有效厚度估算公式。研究结果为多孔覆盖层用于深水爆炸冲击防护的设计提供了工程估算方法。

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微尺度悬臂管的空间弯曲振动—非线性运动方程及尺度效应

郭勇1，谢建华1

振动与冲击. 2017, 36(22): 65-72.

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具有圆环形横截面的微尺度悬臂输液管可以同等地向空间各方向做弯曲振动，按照欧拉—贝努利梁理论，在分析管道上点的位移及相关几何关系的基础上，考虑Lagrange应变张量所给出的几何非线性，基于修正的偶应力理论计算了管的应变能，运用Hamilton原理建立了微尺度悬臂输液管的空间弯曲振动的非线性动力学方程。研究了无量纲材料长度尺寸参数对系统动力学性质的影响，结果表明，尺度效应增大管道的临界流速，并使得稳定的平面周期运动（空间周期运动）在整个质量比区间上占的比例越大（小）。

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冲击加速度校准中微分过程及峰值滤波的问题讨论

梁志国

振动与冲击. 2017, 36(22): 73-79.

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针对于激光干涉法冲击加速度校准中，微分运算之前的滤波问题，进行了实验研究，提出了一种基于冲击速度曲线阶跃上升时间参数为基础的，局域平均滤波差分方式，实现了冲击速度的获取。从而避免了ISO相关标准中基于冲击加速度波形脉宽调控滤波器截止频率的不便之处。并对参数的取值范围进行了实验研究。通过与ISO标准方法的对比实验，验证了本文数据处理方法可获得的峰值更高些，可以高10%~20%左右。在不同传感器上所作的实验验证了本文所述方法的有效性与可行性，为冲击加速度的计算提供了另外一种有效实用的数据处理方式。

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基于循环相关和LPSO算法的自适应MCKD方法的滚动轴承早期故障特征提取

陈昆弘, 刘小峰

振动与冲击. 2017, 36(22): 80-85.

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针对强噪声情况下滚动轴承早期故障信号特征难以提取的问题，提出了MCKD与对称差分能量算子解调的特征提取方法。MCKD算法进行滤波时，滤波器长度L和故障周期T对滤波效果的影响至关重要，因此提出基于循环相关和LPSO算法结合的自适应的MCKD算法，自动搜寻MCKD算法所需最优参数。原信号经滤波后，故障特征被明显突出，为了剔除剩余噪声，对滤波后信号进一步做对称差分能量算子解调，剔除剩余噪声同时获得解调谱，进而提取滚动轴承的早期故障。实验分析验证了该方法的有效性。

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基于改进尾流振子模型的柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究

高云1, 2,谭暖1, 熊友明1, 邹丽3, 宗智3

振动与冲击. 2017, 36(22): 86-92.

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基于改进的尾流振子模型对柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了数值研究。先分别建立了柔性圆柱体结构振子模型以及尾流振子模型，随后将二振子模型进行耦合。研究中通过改变无量纲张力、细长比以及质量比等无量纲参数，对柔性圆柱体的振幅比、相位角、频率比以及位移响应时间特性等参数进行了分析。分析结果表明：柔性圆柱体涡激振动响应特性呈现典型的行波特性，行波传播速度随着无量纲张力的增加而呈现上升趋势；行波传播速度随着细长比的增加呈下降趋势。随着无量纲张力以及细长比的增加，位移与升力之间的相位角会发生突变，突变点均发生在振动频率经过固有频率处。

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基于特征波导纳法和敏感性分析的大型周期支撑结构损伤识别

尹涛尹孟林

振动与冲击. 2017, 36(22): 93-99.

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提出了一种基于特征波导纳法和敏感性分析的大型周期支撑结构损伤识别方法。通过分析存在单一损伤单元有限周期支撑结构的自由波传播规律，建立了周期结构无量纲自振频率变化对基本周期单元刚度变化的敏感性分析矩阵。通过求解敏感性识别方程组，实现基于测量自振频率变化的大型周期支撑结构损伤检测。同时，分析表明所提出无量纲自振频率的敏感性与结构参数无关，即无需知道原始结构的准确几何物理参数就能确定敏感性系数。分别以一周期支撑梁与周期支撑法兰接头管道为例进行研究，表明本文方法仅用量测损伤前后的前几阶自振频率变化就能较准确地进行周期支撑结构多损伤识别。

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阻尼材料模量与损耗因子的双边梁测量反演误差机理与控制

屈忠鹏，盛美萍

振动与冲击. 2017, 36(22): 100-103.

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通过引入中间变量，得到了双边自由阻尼梁阻尼层杨氏模量和损耗因子的简化反演公式，并在此基础上进行误差分析，给出了高阶误差预测公式。研究表明，影响反演精度的重要参数为复合梁与基底梁的刚度比。刚度比越大，反演精度越高。当刚度比接近于1时，共振频率比和质量比的误差放大倍数急剧增加，导致反演误差变大。通过增大阻尼层与基底层的厚度比和模量比，可以增大刚度比，进而提高反演精度。仿真分析验证了这一结论。

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非线性单摆系统的Hopf分岔

游泳

振动与冲击. 2017, 36(22): 104-110.

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以单摆系统为例，将Wiggins提出的Hopf分岔条件进行了具体计算，从理论上获得了单摆系统发生次谐分岔的方式，并用数值模拟方法验证了结果的正确性.将Melnikov方法推广到二频驱动情况，由二频驱动单摆的Hopf分岔条件得出存在奇-奇阶次谐分岔和奇-偶阶次谐分岔，数值模拟结果与理论分析一致，表明Melnikov方法可以处理多频驱动系统的Hopf分岔问题.

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基于VMD和Infogram的滚动轴承故障特征提取

夏均忠 1，于明奇 1，黄财 2，汪治安 1，吕麒鹏 1

振动与冲击. 2017, 36(22): 111-117.

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带通滤波器参数（中心频率和带宽）选取是共振解调的关键，针对快速峭度图找寻的中心频率偏大、带宽过宽的问题，提出Infogram（信息图）用于确定滤波器参数；并利用变分模态分解（Variational Mode Decomoposition, VMD）预先对信号进行重构，以减少噪声对信息图的影响，增强其应用效果。首先对轴承故障振动信号进行变分模态分解得到有限个模态分量，然后根据模态选取准则确定包含故障信息较多的模态分量进行信号重构，再应用信息图确定最佳共振频带的中心频率和带宽，最后对重构信号进行带通滤波和包络谱分析，识别轴承故障特征频率。仿真分析和轴承外圈模拟故障试验验证了该方法的有效性。

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考虑质量偏心的阶梯梁-基础的强迫振动计算

王剑1,2，张振果1,2，任龙龙1,2，华宏星1,2

振动与冲击. 2017, 36(22): 118-124.

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轴系的质量非均匀会导致纵横振动的耦合，本文结合导纳综合法与改进的传递矩阵法，针对质量偏心阶梯梁-弹性基础模型，提出了一种理论/实验混合计算方法。通过与有限元计算结果对比，验证了方法的正确性。考察了质量偏心对系统响应的影响，结果表明，在垂向激励下，质量偏心对系统的垂向位移响应无影响，但是会使系统产生纵向位移响应。由于纵向位移以eθ的形式被引入弯-纵耦合振动方程，因此其频率特征与垂向响应一致，且其幅值与偏心程度成正比。

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基于台风“海葵”实测的近地脉动风速功率谱及相关性研究

王旭1,2，安毅3，黄鹏2，周海根2

振动与冲击. 2017, 36(22): 125-130.

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基于上海浦东机场实测基地测风塔上10及30 m高度处台风“海葵”的现场实测数据，对台风“海葵”过境上海时的脉动风速功率谱和各向脉动风速分量之间的相关性进行了详细研究。研究表明：台风“海葵”脉动风速功率谱总体与Von Karman谱吻合良好，Von Karman谱能够较为准确的描述上海浦东地区的湍动能分布特性；风速谱值对平均风速的变化较敏感，高风速时段在惯性子区内具有更高的湍动能；实测互谱在低频和高频段均与本文提出的Kaimal修正谱符合较好；互相关系数在各高度处随平均风速的变化基本保持稳定，而互相关系数和在各高度处随平均风速的变化离散性相对较大；随着观测高度的增加，互相关系数的负相关性逐渐减小。

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水下加筋圆柱壳声辐射特性分析的改进精细传递矩阵法

庞福振1，2，吴闯1,王献忠1 姚熊亮1

振动与冲击. 2017, 36(22): 131-137.

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基于Flügge壳体振动理论，将改进精细传递矩阵法应用于水下加筋柱壳声辐射问题的求解。通过应用加法定理和增量存储，改进非齐次项求解方法，构造了加筋圆柱壳的辐射噪声改进精细传递矩阵法。分析了边界条件、结构损耗因子、流体介质以及壳体厚度对加筋圆柱结构声辐射的影响。研究表明，当边界条件从自由、简支到刚固，结构对外辐射声压逐渐降低；随着结构损耗因子的增大，结构对外辐射声压大体上逐渐降低。

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基于CEEMDAN与SVD的泄流结构振动信号降噪方法

张建伟1，侯鸽1，暴振磊1，张翌娜2，马颖1

振动与冲击. 2017, 36(22): 138-143.

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针对泄流结构振动信号非平稳性和特征信息被强噪声淹没的实际问题，提出一种基于具有自适应噪声的完整集成经验模态分解(CEEMDAN)和奇异值分解(SVD)联合的信号降噪方法。首先，对一维泄流振动信号时程进行CEEMDAN分解，将信号分解为一系列固有模态函数分量(IMF)，运用频谱分析方法筛选包含主要振动信息的IMF分量，滤除低频水流噪声，实现信号的初次滤波；其次，利用排列熵理论确定含噪声较多的IMF分量，采用奇异值分解技术提取奇异值信息，运用奇异熵增量定阶理论滤除IMF分量中的高频噪声，实现信号的二次滤波；最后，将包含结构振动信息的IMF分量重构，得到泄流结构的工作特征信息。结合拉西瓦模型振动实测数据，运用该方法进行计算分析，滤除高频和低频噪声，提取结构振动特征信息。结果表明该方法在泄流结构特征信息提取方面具有优越性，可为泄流结构在线监测和安全运行提供依据。

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一种新型软材料动态直接拉伸实验技术

周永康 1,陈力 1,崔世堂 2

振动与冲击. 2017, 36(22): 144-148.

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为了研究具有较低强度和较低波阻抗的软材料的高应变率动态拉伸力学性能，提出了一种采用空心铝管作为入射杆和透射杆的直接拉伸式SHTB实验装置，详细讨论了该实验装置几个关键问题，并提出了相应的解决方案。利用研发的实验装置对圆柱形丁氰橡胶试件进行试验，成功获得了丁氰橡胶在直接拉伸荷载作用下的应力波形曲线，并由此进一步得到了该材料在应变率为240/s时的应力应变曲线。实验结果表明，提出的新型SHTB装置可更方便的用来测定软材料的高应变率动态拉伸力学性能，且操作简单，成功率高。

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基于易损性的高墩多塔斜拉桥纵向减震控制研究

胡思聪 1,李立峰 1,2，王连华 1,2

振动与冲击. 2017, 36(22): 149-157.

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为研究常用的减震控制方式在高墩多塔斜拉桥这种新型结构中的减震效果，以一座墩高178m的斜拉桥为例，建立了非线性有限元动力分析模型。从PEER强震数据库中选取80条实测地震波进行非线性时程分析；结合结构的特点，定义各关键构件的损伤指标；基于易损性分析理论，建立了关键构件及桥梁系统的易损性曲线。以铅芯橡胶支座和粘滞阻尼器为代表，通过易损性曲线对比研究了不同控制参数和布置形式下，位移型及速度型两类减震控制方式的减震效果。最后，结合桥梁实际情况确定最优的减震方案。分析结果表明：由于高墩的影响，斜拉桥的支座系统、主梁和拉索的损伤概率显著增加，而索塔损伤相对轻微；由于传力机理的差异，不同布置形式下控制参数对减震效果的影响规律不同；无论是位移型还是速度型控制方式，梁端布置形式的减震效果均优于塔梁布置形式；对于相同的布置形式，速度型控制方式较位移型控制方式效果更加显著。

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轴向功能梯度变截面Timoshenko梁自由振动的研究

葛仁余1，张金轮1，姜忠宇1，韩有民1，索小永1，牛忠荣2

振动与冲击. 2017, 36(22): 158-165.

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功能梯度材料可以提高结构的强度、改善质量分布和保证工程结构的完整性，因此轴向功能梯度变截面梁已广泛应用于土木、机械和航空工程。文章提出了用插值矩阵法计算轴向功能梯度Timoshenko梁自由振动固有频率，首先，基于Timoshenko梁理论，将轴向功能梯度Timoshenko梁自由振动固有频率的计算转化为一组非线性变系数常微分方程特征值问题，然后，运用插值矩阵法可一次性地计算出轴向功能梯度变截面梁各阶振动固有频率，并可同时获取相应的振型函数。论文方法对于材料梯度函数和截面几何轮廓的具体形式无任何限制条件，计算结果与现有结果对比，发现吻合良好，表明了论文方法的有效性。

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基于SVD优化LMD的电梯导靴振动信号故障特征提取

陶然1、2，许有才1、2，邓方华1、2，郭澍2，李新仕2，苟敏1，李琨1，王华1

振动与冲击. 2017, 36(22): 166-171.

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针对局部均值分解（Local Mean Decomposition, LMD）方法提取电梯导靴振动信号的故障特征分量时存在的模态混淆现象，本文提出了一种基于奇异值分解（Singular Value Decomposition, SVD）优化局部均值分解（Local Mean Decomposition, LMD）的电梯导靴振动信号故障特征提取方法。该方法首先以奇异值贡献率原则构造原始信号的Hankel矩阵，采用SVD对Hankel矩阵进行分解；然后将曲率谱原则与奇异值贡献率原则相结合对奇异值进行选择，将包含主要故障信息的奇异值进行逆重构，得到剔除噪声信号与光滑信号的突变信号；最后利用LMD方法对突变信号进行故障特征提取，得到能够突出原始信号振动特征的故障特征分量。实例结果表明该方法有效改善了LMD的模态混淆现象，更准确地提取了振动信号的故障特征分量。

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大型双面广告牌面板风压特性的试验研究

汪大海1，程浩,张玉青2，徐康1

振动与冲击. 2017, 36(22): 172-177.

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近年来户外大型广告牌发展迅速，其强风下的风致损坏也时有发生。本文针对这类特殊开敞板式结构的风压特性，通过大型风洞测压试验研究，全面分析了各风向角下面板表面净风压的统计分布特征，给出了面板风压系数的分布规律。考察局部风压的非高斯特性，采用Hermite矩方法计算了非高斯测点的极值风压；最终给出了面板风压分区及对应的设计参数。研究为大型广告牌结构的抗风设计提供的基础数据和分析依据。

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基于数据/极值联合对称延拓的端点效应处理及其应用

吴琛1,2, 项洪1,2，杜喜朋1,2

振动与冲击. 2017, 36(22): 178-184.

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Hilbert-Huang变换在EMD分解中因端点非极值点，无法满足样条插值的要求导致包络线异常，产生端点飞翼；在Hilbert变换中又因卷积计算和Fourier变换能量泄露的原因，也使端点产生飞翼。本文提出数据/极值联合对称延拓的方法，通过端部数据对称延拓，把EMD分解和Hilbert变换过程中产生的端点效应释放到数据外端，一举解决两阶段的端点飞翼问题；通过极值点对称延拓进一步控制三次样条包络曲线的走势，使原始数据的包络曲线更加准确。经仿真信号验证，联合对称延拓的方法具有良好的抑制效果。当该方法应用于结构动力响应非线性特征分析时，不仅具有明确的物理意义，而且能较准确地表征结构进入非线性状态时出现“频带扩展”和“主导频率飘移”的力学特征。

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轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模

何玉辉，唐楚，唐进元，周群

振动与冲击. 2017, 36(22): 185-191.

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以单颗磨粒为对象，分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性。在此基础上，将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分，分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面，轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹；在摩擦力方面，轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数。结合切向磨削力与热源强度的关系，以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素，建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验，确定了模型的常数，并验证了所建模型的正确性。

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压电智能结构振动的一致性PID(CPID)控制

白亮冯蕴雯薛小锋

振动与冲击. 2017, 36(22): 192-198.

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将一致性控制方法和PID控制方法的基本思想相结合，提出了一种适用于压电智能结构振动控制的一致性PID(Consensus-PID，CPID)控制方法。该方法将系统输出偏差作为PID控制器的输入，PID控制器的输出及其在采样周期内的变化量作为一致性控制器的输入，致动器的输入电压为一致性控制器的输出。推导压电智能结构振动控制方程，以两边简支的压电智能梁为数值算例，建立动力学有限元模型，数值结果表明 CPID控制方法能够有效控制压电智能结构的振动，当某些传感器失效时，对比集中式PID控制，系统在CPID控制下仍然能保持较好的控制效果。

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改进的湿模态法在流固耦合中的应用

刘瑞骏，郝志勇，郑旭，谈江林

振动与冲击. 2017, 36(22): 199-204.

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针对流固耦合运动方程，指出了流体刚度矩阵的奇异性将导致现有的湿模态法无法直接使用，并指出了在湿模态法中使用分离零频项的方法存在的矛盾。文章说明了湿模态法的问题根源在于为了简化计算而提出的不合理的前提假设，即同时忽略流体的可压缩性及自由液面波动的影响。据此，提出了直接求解法和不动点法两种解决方法。前者适合流体规模较小的计算，而后者更适合大规模流体的耦合计算。应用不动点法，编制了Matlab程序，对某油底壳在不同盛油状态时的结构特性进行了仿真计算，对比表明随着盛油量从0逐步增加，结构模态频率呈先减小后增大的趋势并趋于平缓。加入流体后，结构模态的振幅大幅下降。除了第1阶模态，流体较少时的湿模态振型与干模态振型区别较大，但随着流体的增加，振型逐渐趋于稳定，与干模态振型接近。

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基于转捩模型的二维翼型跨音速颤振边界预测

李国俊 1，白俊强 1，刘南 1，徐家宽 1，乔磊 1

振动与冲击. 2017, 36(22): 205-211.

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转捩现象对跨音速流场和气动力有一定影响，但是目前大多数颤振问题研究主要采用全湍假设，并未对转捩现象加以考虑。因此基于非定常雷诺平均N-S方程（Reynold Averaged Navier-Stockes, RANS）和转捩模型，耦合结构运动方程，建立时域气动弹性分析方法，其中结构运动方程采用基于预估-校正技术的四阶隐式Adams线性多步法进行时域推进求解。分别对采用全湍假设和考虑转捩影响的Isogai案例A模型的跨音速颤振边界进行研究，从气动力做功的角度分析转捩对跨音速颤振特性的影响机制。结果表明转捩现象使得跨音速凹坑程度较全湍流动有所加深，凹坑范围扩大，跨音速凹坑最低点的颤振速度减小了41.6%。因此，在对表面存在转捩现象的翼型开展颤振分析时，必须在流场控制方程中添加转捩模型，从而准确分析颤振边界。

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基于交叉证认的EMD小波滤波在大桥动态监测去噪中的应用

吴杰1，胡夏闽2，乔燕1，余腾1，朱绍奇1，马静1

振动与冲击. 2017, 36(22): 212-217.

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在大桥动态位移监测中，为了更好地滤除噪声，提出了一种改进的交叉证认EMD小波滤波方法。即先用EMD对信号进行分解，再用交叉证认方法自适应地算出噪声主导分量，最后用小波阈值对噪声主导分量进行滤波；其中阈值函数选取极为关键，给出了一种新的阈值函数计算方法；最后进行信号重构。实例分析表明，该方法能够更有效地滤除噪声，提取大桥振动信息，是一种高效的去噪方法。

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基于改进HHT和马氏距离的齿轮故障诊断

周小龙1；刘薇娜1；姜振海2；马风雷2

振动与冲击. 2017, 36(22): 218-224.

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针对齿轮振动信号非线性和非平稳的特点，提出一种基于改进希尔伯特-黄变换与马氏距离相结合的故障诊断方法。首先，利用自适应白噪声的完备经验模态分解将齿轮振动信号分解成一系列固有模态函数，并采用敏感固有模态函数判别算法判断出对故障信息敏感的模态函数；其次，通过对敏感固有模态分量的局部希尔伯特瞬时能量谱的分析，得出信号能量随时间变化的精确表达；最后，以不同故障信号局部希尔伯特瞬时能量谱的最大峰值作为特征向量，采用马氏距离对齿轮故障进行状态识别。试验结果表明：该方法可有效识提取齿轮故障特征，实现不同故障状态识别。

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低矮建筑屋盖风雪流作用场地实测与数值模拟

赵雷1,余志祥1,2,齐欣1,赵世春1

振动与冲击. 2017, 36(22): 225-231.

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为了研究风雪流对低矮建筑屋盖的作用，制作了6组缩尺模型，在常遇雪天气候下，开展了屋盖积雪特性场地实测与模化分析，考虑了典型的阶梯型屋面以及平屋面、双坡屋面、女儿墙等因素的影响，提出了典型低矮建筑屋盖积雪荷载模化模型。研究表明：阶梯型屋面的积雪分布与已有的场地实测及风洞试验结果相似；平屋面雪荷载沿来流方向呈倒U型分布，可模化为均匀分布，但随着风速变化，积雪漂移使积雪形态可能向倒V型演化，建议考虑其线性非均匀分布对结构的不利影响；风速较低时，双坡屋面的积雪漂移量较少，对迎风侧屋盖更不利，国内外规范均侧重考虑了积雪漂移对背风侧的影响，建议考虑弱风条件下积雪漂移对迎风侧的不利影响；女儿墙的存在使屋面积雪量有较大的增加，屋盖前缘和后缘区域的漂移长度差异较大。最后，结合风洞试验与场地实测，考虑雪粒子与风场的双向耦合、雪粒碰撞、粘结，探索性地对阶梯型屋面的积雪分布进行了二维数值模拟，论证了DEM-CFD风雪流模拟方法的可行性。

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基于声压测量的结构模态参数辨识

夏茂龙1，黎胜1,2

振动与冲击. 2017, 36(22): 232-238.

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通过建立辐射声压与激振力之间的声压频响函数矩阵，提出了一个基于测量声压识别振动结构模态参数的方法。该方法可以通过非接触测量声压来识别结构的固有频率、模态阻尼比与模态振型，避免了附加质量对结构的影响。声压频响函数矩阵是基于边界元和Rayleigh积分方法结合有限元结构动力学方程建立的，适用于任意结构且与结构模态参数有明确的关系。对于测量声压时多激励单输出与单激励多输出响应的不同试验模式，该方法都能识别结构的模态参数。最后以一平板结构为例，数值验证了该方法的准确性与适用性。

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半地下覆土立式油罐内部油气爆炸冲击荷载实验研究

王世茂1，杜扬1，高建丰2,3，梁建军1,2 张培理1，李国庆1

振动与冲击. 2017, 36(22): 239-244.

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半地下覆土油罐常用于储存汽油、柴油等易燃易爆油品，一旦被引燃，短时间内将产生极强的爆炸压力波，造成储罐的严重破坏并带来灾难性后果，油气爆炸冲击荷载的研究是进行储罐安全设计的基础。本文利用等比例模拟容器，基于实验对覆土立式油罐罐内油气爆炸冲击载荷特性进行了实验研究，获得了密闭条件下油罐内不同位置处的压力荷载的变化规律，油气爆炸压力荷载变化分为四个阶段：点火孕育期、加速突变期、衰弱振荡期、惯性波动期，罐顶位置处的压力荷载数值要明显大于罐壁和罐底处的压力荷载数值。进一步考察了初始油气浓度、初始点火能量、初始温度等相关参数对爆炸冲击荷载的影响规律。研究结果表明：爆炸超压随浓度的变化呈先增大后减小的规律，当初始浓度为1.71%时，爆炸超压荷载达到最大值。爆炸超压值与点火能成正比关系，与初始环境温度成反比关系。

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多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究

贺小龙,张立民,鲁连涛，周辉

振动与冲击. 2017, 36(22): 245-251.

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为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响，本文建立了车辆-设备刚柔耦合模型，获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑了几何滤波效应，设备的连接方式（刚性、弹性）、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明：速度作为几何滤波效应的影响因素，在研究车辆-设备耦合振动时必须要考虑速度的影响；车辆在6-12Hz范围内的振动响应受设备连接参数影响明显；在双层隔振系统中，框架更容易与车体产生耦合振动；当设备连接刚度为原始值时，车体中部响应较小，但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大；设备连接位置越靠近车体中部，车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦，可以显著降低车体中部振动，同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4Hz。

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基于振动信号的柴油发动机转速测量

张帅 1,曾锐利 2

振动与冲击. 2017, 36(22): 252-256.

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利用振动信号测量发动机转速是一种不解体检测的重要方法，但其对发动机振动频率要求较高，因此转速急剧变化时，对测量精度影响较大。提出了基于希尔波特包络和自相关的新方法。首先利用小波变换消除基线漂移，再通过短时时间窗进行类稳态分析，并采用希尔伯特包络和三次自相关对信号进行时域分析,计算短时窗内的发动机转速，最后通过移窗方法得到连续的发动机转速。通过在发动机台上进行变工况实验，同步采集振动信号和转速传感器信号进行对比分析，在急加速条件下转速测量最大误差在1.4%以下，能够有效的满足柴油发动机转速的实时性和精确性要求，在车辆不解体检测和无负荷测功方面有很大应用前景。

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2017年, 第36卷, 第22期　
刊出日期：2017-11-15

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