振动与冲击

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陈隽1,2

振动与冲击. 2017, 36(23): 1-9.

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人致荷载是指建筑物使用者在完成步行、跳跃、奔跑、舞蹈、原地上下摆动、突然起立/坐下、上下楼梯等动作时施加于支撑结构上的动力作用，可引起建筑楼盖、人行桥、长悬臂结构、体育看台、柔性楼梯等大跨轻柔工程结构的振动，严重时可导致结构振动的舒适度问题。人致荷载是人致结构振动问题工程设计与响应分析的重要基础。本文在总结人致荷载特点及其分类的基础上，以步行、跳跃荷载为主，介绍了人致荷载研究的现状和主要进展，分析了目前研究面临的试验和建模的挑战，并初步探讨了今后需要解决的一些问题。

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融合失效样本与截尾样本的滚动轴承寿命预测

张　焱1，汤宝平1,韩　延1，陈天毅2

振动与冲击. 2017, 36(23): 10-16.

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针对常规寿命预测方法依赖于失效样本、无法有效利用截尾样本的局限性，提出一种融合失效样本和截尾样本的滚动轴承寿命预测方法。首先基于函数型主成分分析方法建立轴承性能退化特征量的趋势模型，将各特征量分解为均值、特征向量和主成分得分向量；然后通过最小化截尾样本与失效样本主成分得分向量间的相似性指标估计各截尾样本最优寿命值；再次基于特征量趋势模型估计和重构各样本全寿命阶段内特征值，生成训练数据；最后采用最小二乘支持向量机建立预测模型用于轴承寿命估计。滚动轴承寿命预测试验表明该方法能利用截尾样本提高寿命预测精度，且对一定程度的数据缺失具有鲁棒性。

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柔性相似子结构的参数失调与振动控制研究

罗亚军，徐明龙，张帅，张希农

振动与冲击. 2017, 36(23): 17-21.

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典型柔性相似结构的耦合动力学建模与参数失调下系统的振动控制问题对航天结构设计具有重要意义。基于拉格朗日法和最小二乘法，完成了系统的耦合动力学建模和响应解耦处理，并进一步建立了柔性相似结构参数失调情况下的振动主动控制模型。最后完成了相关仿真分析，研究了结构参数失调情况下的系统模态局部化问题，振动控制仿真结果表明本文提出的基于响应解耦实现参数失调情况下系统的振动控制具有显著效果。

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双自由度涡激振动数值模拟方法研究

孙丽萍，张旭，倪问池

振动与冲击. 2017, 36(23): 22-26.

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当前双自由度涡激振动数值模拟的研究模拟结果精度并不十分理想，尤其是对于最大振幅的响应的估计。在Jauvtis & Williamson的实验中，观测到低质量比圆柱的最大振幅可达1.5D，并将其命名为“超上端分支”。然而，当前研究很少有模拟结果能达到1.3D，甚至无法捕捉到超上端分支，其原因很可能是湍流模型本身的缺陷以及数值模拟参数设置的不合理。针对上述问题，本文基于开源软件OpenFOAM，采用了改进的k-ε湍流模型，研究了加速度对涡激振动响应的影响，优化了数值模拟方法。通过振幅、相位、轨迹、尾涡等响应的分析，证明在适当的加速度下，运用改进k-ε模型可对双自由度涡激振动实现较精确的数值模拟。

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基于Rankine源法的气垫船破冰数值模拟

李宇辰, 刘巨斌, 丁志勇, 张志宏

振动与冲击. 2017, 36(23): 27-31.

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基于粘弹性薄板假设和势流理论，建立了气垫船在水面、冰面、碎冰面上航行时引起冰层-水层振动问题的统一的理论数学模型，提出了采用Rankine源与有限差分相结合的数值计算方法，通过C语言与Matlab联合编程，建立了冰层-水层的位移响应、应力分布以及破裂效果的预报方法。针对黄河水域冰层特点，对气垫船以亚临界、临界以及超临界速度航行时冰层的应力分布以及破裂情况进行了数值模拟。结果表明：本文所建立的理论模型和计算方法可以反映冰层的位移变形及其内部应力的分布特征，可以捕捉到气垫船破冰的临界速度，计算得到的冰层振动特性与已有文献的研究结果一致。

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柔性多体系统含摩擦碰撞stick-slip过程动力学仿真

钱震杰1,章定国2，金诚谦1

振动与冲击. 2017, 36(23): 32-37.

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基于高次刚柔耦合理论和Lagrange 乘子法，研究了柔性多体含摩擦碰撞stick-slip过程的全局动力学的精确建模与自动切换仿真问题。基于变拓扑思想，根据分离、碰撞、粘滞接触和滑动接触等状态分别构造相应的约束条件和动力学方程。运用冲量/动量法求解碰撞初始条件；引入切向滑动摩擦力势能的概念描述切向滑动接触力；给出接触、分离、粘滞、正向/逆向滑动状态之间的切换准则，实现了系统全局动力学自动切换。通过算例的数值仿真，分析了滑移/粘滞（微滑动）、正/逆向滑动等复杂非光滑现象，验证了本文提出的模型和算法的有效性。

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不同粗糙度斜拉索气动力特性和风荷载计算方法研究

刘庆宽1, 2，闫煦东3，李聪辉3，郑云飞3，马文勇1, 2，刘小兵1, 2

振动与冲击. 2017, 36(23): 38-44.

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大跨径斜拉桥斜拉索上的风荷载对主梁的位移和内力的贡献占全桥的主要部分，准确掌握斜拉索上的风荷载，对于桥梁的抗风设计具有重要的意义。通过风洞试验，得到了8种具有不同表面粗糙度斜拉索的气动力系数随雷诺数的变化规律，研究了粗糙度对斜拉索雷诺数效应和气动力特性的影响，以实桥为例分析了斜拉索最大风荷载的计算方法。结果表明：斜拉索表面的粗糙度对气动力具有明显的影响，随着粗糙度的增大，雷诺数效应随之减弱；不同粗糙度的斜拉索，最大风荷载对应的风速不同，计算方法也不同，实桥设计时应根据斜拉索的具体表面粗糙状态确定其最大风荷载的数值。

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基于多目标粒子群算法的稀疏分解参数优化

王强张培林王怀光张云强李一宁

振动与冲击. 2017, 36(23): 45-50.

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针对振动信号稀疏分解过程中存在的复杂参数设置问题，提出利用多目标粒子群算法进行稀疏分解参数优化，以实现振动信号的有效压缩。根据多目标粒子群理论，建立稀疏分解参数优化模型，确定粒子群优化目标函数、待优化参数，分析参数设置与目标函数之间的泛函关系。设计仿真实验，研究数据压缩指标之间的约束关系，指导多目标粒子群算法参数优化，改善数据压缩效果。应用实测数据，验证多目标粒子群算法的参数优化能力，实验结果表明：多目标粒子群算法能够优化振动信号稀疏分解参数，取得良好的振动信号数据压缩效果。

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微薄膜多场耦合非线性振动分析

付晓瑞,党亚辉,许立忠

振动与冲击. 2017, 36(23): 51-57.

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本文将微谐振压力传感器谐振薄膜简化为微薄膜多场耦合系统，给出考虑分子力作用时微薄膜多场耦合动力学方程，利用Linz Ted-Poincaré方法求得其非线性振动固有频率与振型方程，研究了分子力对薄膜非线性固有频率及自由振动的影响规律，利用微加工技术制作出谐振薄膜，利用静电激励-电容检测方法对薄膜非线性固有频率进行了测试。结果表明：当薄膜尺寸较小时，分子力对于微薄膜多场耦合非线性振动的固有频率具有较大影响。研究结果对于压力传感器进一步微型化具有指导意义。

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面向微小卫星的类杆锥式软对接三维动力学建模与参数分析

戚杰，张翔，赵勇，黄奕勇

振动与冲击. 2017, 36(23): 58-67.

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针对面向自主无人在轨服务的微小型航天器上使用的杆锥式对接机构，提出了一种在对接杆末端加缓冲系统的软对接方案。基于Lagrange方法建立了对接系统的三维动力学模型，并运用虚功原理求解广义力矩阵；接触点的确定采用接触搜索算法，提出了截面法，将三维空间搜索问题转化为二维平面求解；根据接触点的相对位置和速度关系，提出了三维空间中求解切向接触力的方法。并且通过有限元方法与理论模型相比较，对理论模型进行了验证。通过对捕获锁的简化设计，制定了对接系统捕获的评判准则，并在不同的缓冲性能下进行动力学仿真分析，探讨缓冲参数变化对微小卫星对接过程的影响，提出了缓冲参数的优选方法，为锥杆式对接机构的缓冲系统设计提供有价值的参考。

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基于细菌觅食决策和深度置信网络的滚动轴承故障诊断研究

陶洁1,2，刘义伦1,3，杨大炼1，4，宾光富4

振动与冲击. 2017, 36(23): 68-74.

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在利用深度置信网络进行滚动轴承故障诊断时，网络结构的设置不仅影响诊断的结果，还影响计算效率。为提高滚动轴承故障诊断的准确率，本文提出基于细菌觅食决策和深度置信网络的滚动轴承故障诊断方法。该方法利用采集的样本数据对深度置信网络进行训练，以构造细菌觅食决策算法的适应度函数，通过计算各个细菌的适应度来衡量模型的优劣。由于细菌觅食决策算法具有并行搜索能力，能有效选取深度置信网络各隐节点数、学习率、动量等参数，生成合适的分类器提高滚动轴承故障诊断的准确率。实验中，与SVM、BPNN、KNN等方法做比较，本文所提方法对滚动轴承故障诊断的准确率达到97.83%，能更加高效、准确的识别滚动轴承故障。

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横向磁场中旋变运动导电圆板的参强联合共振

李哲，胡宇达

振动与冲击. 2017, 36(23): 75-82.

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研究变速旋转圆板的非线性磁弹性参强联合振动问题。给出旋转圆板在磁场中的磁弹性振动方程，应用伽辽金法离散变量，得到横向磁场中旋转圆板轴对称参强联合振动微分方程。运用多尺度法求解振动微分方程，分析久期项得到系统发生参强联合共振时的两种共振状态，并分别给出两种状态下系统的幅频响应方程。通过数值计算，给出圆板的协调参数、磁场、转速、激励力等参数变化对振动特性的影响，对比两种共振条件下的幅值-参数曲线，讨论不同参数变化对系统稳定性的影响。通过系统的全局分岔图，讨论分岔参数变化对系统动力学特性的影响。

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基于DQM的空间轴对称流体饱和多孔热弹性柱体动力学特性研究

朱媛媛 1,胡育佳 2，程昌钧 3，郑晓妹 1

振动与冲击. 2017, 36(23): 83-91.

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在热局部平衡条件下研究了空间轴对称不可压流体饱和多孔热弹性柱体在表面温度载荷作用下的动力学特性。首先基于de Boer多孔介质混合物理论，给出了问题的数学模型；其次综合采用微分求积方法-二阶向后差分法-Newton-Raphson迭代法求解了数学模型，得到柱体各离散点处未知物理量的数值结果，进而可分析柱体的动力学特性。为了验证本文方法的正确性，计算了不可压流体饱和多孔弹性柱体的动力固结问题，并与de Boer等的解析结果进行了比较，两者吻合良好，也证明DQM有较小的计算量和较高的精度。最后分别研究和比较了柱体只受到表面外载荷作用下的动力学特性和受到两种表面温度载荷与外载荷联合作用下的动力学特性，考察了材料的某些参数对柱体动力学特性的影响。

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基于贝叶斯理论的拉杆转子模态特性确认

边涛1，谢寿生1,2，任立通1，张乐迪1，刘云龙1

振动与冲击. 2017, 36(23): 92-98.

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为了更真实地反映航空发动机高压转子拉杆结构的振动特性，对基于非线性弹塑性滑动模型中不确定参数的变化范围和规律进行研究，提出了基于贝叶斯理论的有限元模型模态特性确认方法。运用贝叶斯理论构建模态特性似然函数，通过马尔可夫蒙特卡罗方法求解不确定参数的后验概率分布，并建立基于稀疏网格配点法的替代模型，减少了蒙特卡罗方法的计算量，使该方法能够适用于大型复杂高压转子结构。以实际的航空发动机高压转子为例，确定高压转子结构特征频率的变化范围和规律，通过与实验模态特征频率对比，证明了该方法的有效性。

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动态扰动下无轴承永磁薄片电机的悬浮力补偿策略

朱熀秋，赵玉亮，胡亚民，祝苏明

振动与冲击. 2017, 36(23): 99-105.

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传统的无轴承永磁薄片电机通过径向位移的闭环控制来间接实现悬浮力稳定控制，当薄片转子受到径向干扰时，由于悬浮力处于开环状态，悬浮力控制的精度和动态响应性能将受到限制。且悬浮力控制中所需的相位信息是需要在准确获得转子角度的基础上才能得到，因此增加了电机控制系统复杂性。为了克服以往悬浮力控制的上述不足，本文在推导了无轴承永磁薄片电机悬浮力变化量和悬浮力绕组磁链变化量之间关系的基础上，提出了径向悬浮力和径向位移的双闭环补偿控制策略，采用电压-电流模型对转矩绕组气隙磁链进行辨识，使得电机控制的灵活性大大增加。仿真和实验结果表明：所提出的悬浮力控制方法能够提高悬浮力控制精度和动态响应性能，系统抗干扰能力强，且具有良好的动、静态性能。

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多维地震下钢筋混凝土双曲线冷却塔结构易损性分析

周长东，王朋国，田苗旺，张许，马欣

振动与冲击. 2017, 36(23): 106-113.

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采用数值模拟方法，对辽宁鞍山某在役钢筋混凝土冷却塔结构的地震易损性进行了评估。应用ABAQUS软件建立了分析模型；根据结构所在的场地条件选择了一系列合理的地震动记录，以考虑地震动的不确定性。选取了材料应变和地面峰值加速度作为结构地震需求参数和强度参数，并将结构的破坏状态划分为五个等级。分别输入单向、水平双向和三向地震作用，结合增量动力时程分析所得结构响应，基于对数正态分布假设，通过回归分析建立结构的概率地震需求模型，最终得到结构的地震易损性曲线；在此基础上对结构的抗倒塌安全储备进行了评估分析。分析结果表明：水平双向地震作用下冷却塔结构的损伤概率比单向地震作用时显著增加，若仅考虑单向地震作用会与实际产生较大偏差；由安全储备分析可知该结构满足“大震不倒”的要求。

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基于相轨迹的多裂纹管道超声导波检测研究

温宇立1.2，武静1，林荣1，马宏伟1,2.3

振动与冲击. 2017, 36(23): 114-122.

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在超声导波多裂纹管道损伤检测中，缺陷回波信号幅值较小且波形复杂，不利于损伤的识别。基于混沌系统的初值敏感性及较强的噪声免疫特性，本文通过数值模拟和实验研究，验证了杜芬混沌系统的相轨迹识别多裂纹管道超声导波信号的有效性。首先给出了混沌系统相轨迹识别导波信号的原理，并结合超声导波检测，确定基于相轨迹识别的系统检测参数。然后利用ANSYS有限元软件和搭建的超声导波实验平台分别进行数值模拟和实验，获得超声导波在含有不同损伤大小的6m长的双裂纹管道中传播的数值模拟信号和实验信号，并在数值模拟信号中添加一定的高斯白噪声，用以分析噪声对混沌系统的影响。利用选取的杜芬混沌系统检测数值模拟信号与实验信号并进行对比验证，最后根据二分法确定缺陷位置。检测的相轨迹结果表明，该杜芬系统能够有效地免疫噪声并识别管道中的双裂纹小缺陷，并且提高了超声导波检测的灵敏度。

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不同缩进比例的大底盘单塔楼结构隔震性能研究

吴应雄，黄净，颜学渊，陈梓轩，祁皑

振动与冲击. 2017, 36(23): 123-130.

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大底盘单塔楼隔震结构的研究中，尚缺乏缩进比例对隔震效果的影响规律研究。确定了塔楼缩进比例为1:3的大底盘单塔楼模型，制作安装了基础隔震、层间隔震和抗震这三种结构模型并进行单向振动台试验，通过对比振动台试验和数值模拟结果，验证了数值模拟的准确性，据此建立了塔楼缩进比例分别为1:1.5、1:2、1:2.5和1:3这四种模型并进行数值分析，结果表明：与抗震结构相比，基础隔震各楼层加速度放大系数随楼层数增加略微增大，顶层放大较为明显，但总体反应接近平动；层间隔震的塔楼加速度反应近乎平动，但底盘的加速度放大系数却比抗震模型大，且随着楼层数的增加而增大；基础隔震各层层间位移减震效果显著，而层间隔震底盘楼层减震效果差，两者底盘响应差异性较大。进一步分析得到，随着缩进比例的增大，三种结构形式的加速度放大系数均有增大的趋势，其中基础隔震与层间隔震模型的增幅较小，而抗震模型的增幅较大。研究结果可为大底盘单塔楼隔震方案的选择和隔震设计提供参考。

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圆柱结构涡激振动拖曳水池实验研究

高喜峰，周丽丹，徐万海，马烨璇，吴梦宁

振动与冲击. 2017, 36(23): 131-136.

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柔性圆柱涡激振动特性已得到人们广泛关注，然而横流向与顺流向振动耦合问题仍有待进一步研究。本文设计了柔性圆柱涡激振动拖曳水池模型实验，圆柱模型的长径比为195.5、质量比为1.82，实验观测了圆柱结构横流向、顺流向涡激振动特性，并分析了横流向与顺流向两个方向涡激振动的耦合现象。通过应变传感器测量结构振动信息，利用模态分析法对实验数据进行处理，实验发现横流向与顺流向涡激振动耦合现象显著，特别是不同测点处的运动轨迹出现了“8字形”、倒置的“泪滴形”、 “口唇形”等多种复杂形式。

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高层建筑原型实测测点优化布置方法研究

李正农朱爱民

振动与冲击. 2017, 36(23): 137-143.

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通过应用运筹图论中求P-重心的方法，重点研究高层建筑风致响应实测时的测点优化布置问题。具体操作是提取所监测高层建筑在风荷载作用下的数据进行处理，将高层建筑简化为层模型，再将该模型转为图论中研究的网络图，计算图中的顶点权重、边值以及权距离矩阵，最后利用求P-重心问题下界的算法得到重心，对所得重心分析确定测点。同时通过一个高层建筑动态响应的实例具体说明该方法，在优化布置后得到新的响应信息，算出此时结构适应度函数值并与结构适应度函数的最优值进行比较，发现两者相差很小，说明应用这种方法得到的结构风致响应数据具有相当高的精度，很好的解决了测点优化布置问题。

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二维壁板颤振的本征正交分解降阶模型研究

梅冠华 1,张家忠 2，康灿 1

振动与冲击. 2017, 36(23): 144-151.

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针对二维壁板颤振问题，基于Galerkin方法和本征正交分解（POD）方法，发展了兼具高效性和全局性的降阶模型（ROM）。首先，简述了二维壁板颤振的经典Galerkin解法，及在物理空间上提取POD模态和建立ROM的传统方法。然后，为简化流程和提高效率，发展了一种在Galerkin基函数所张成的模态空间上进行POD模态提取与ROM建立的新方法，并证明了该方法与传统POD-ROM的等效性。随后，通过对系统典型响应的POD模态分析，表明POD模态可高效反映系统的最本质特征。最后，基于混沌响应下的POD模态建立了ROM，并用其详细研究了系统的分岔特性和稳定区域边界。计算表明该POD-ROM与Galerkin方法的计算精度非常接近，计算效率却有大幅提升。该方法可推广应用于其他复杂动力系统的ROM构建。

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Adams法求解涡激振动压电能量获取问题

尹忠俊，赵久松，张航，韩天

振动与冲击. 2017, 36(23): 152-156.

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本文研究流-机-电三相耦合圆柱涡激振动能量获取问题，使用矩阵法求解机电耦合频率和机电耦合阻尼，应用Fluent软件求解机电耦合振动方程得到圆柱振动响应，使用Adams法求解机电耦合输出电压和机电耦合输出功率。研究外接载荷对机电耦合输出电压、机电耦合输出功率的影响，以及尾流干涉下，机电耦合输出电压随外接载荷变化的情况。结果表明：Adams法求解机电耦合输出电压的频率范围更加广泛，机电耦合输出电压与外接载荷成正比，机电耦合输出功率在外接负载R=106 Ω达到了最大值；在约化速度Ur=5时，尾流干涉下的机电耦合阻尼表现出对下游圆柱振幅起明显的抑制作用。

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基于隔震结构Benchmark模型的复振型叠加反应谱方法

陈华霆 1，谭平1，彭凌云2，李志山1，周福霖1

振动与冲击. 2017, 36(23): 157-163.

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隔震体系一般由隔震层和上部结构组成，隔震层包括隔震支座和耗能装置，其阻尼特性与上部结构有较大差别。因此，隔震体系阻尼分布具有显著的非比例特性，从而导致其阻尼矩阵不满足无阻尼振型解耦的条件，故在隔震体系中经典的振型叠加反应谱方法已不适用。基于随机振动理论，结合隔震结构的特点，推导了能够考虑非比例阻尼特性的多维地震复振型叠加反应谱方法。针对目前常用的强迫解耦方法，对其误差进行了探讨，发现其阻止了隔震层与上部结构的能量传递，导致上部结构的地震响应偏小。基于隔震结构Benchmark模型对复振型叠加反应谱方法、强迫解耦假定下的反应谱方法、时程分析方法进行了对比，结果表明隔震层阻尼较大时，强迫解耦方法精度较差，并且无法反映隔震层阻尼引起的上部结构地震响应放大效应，复振型叠加反应谱方法计算精度较好，可充分反映隔震结构非比例阻尼的特点。

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基于SEA赋权图的舱室噪声传递路径分析

张文春1, 段树林1, 邢辉1, 闫锦2,3 宋玉超1

振动与冲击. 2017, 36(23): 164-169.

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振声能量传递路径是船舶舱室噪声控制的重要依据之一。对中高频振声问题采用统计能量分析(SEA)求解，引入SEA系统传递路径的概念，并结合图论提出了舱室噪声传递的SEA赋权图法。将SEA系统等效为结点和有向边组成的有向图GSEA，噪声传递路径问题转变为求解GSEA中的最大权重路径问题，通过偏离算法得到的K主要路径即为能量传递的主路径。以某船机舱传递到住舱中的能量传递路径为例，首先确定不同振声源在目标舱室中产生的噪声分量，选取对目标舱室影响最大子系统为路径分析对象，然后使用SEA赋权图法求解主要传递路径，从而揭示能量在结构和声腔中的传播机理，为船舶降噪优化提供指导。

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基于DPMM-CHMM的机械设备性能退化评估研究

季云王恒朱龙彪刘肖

振动与冲击. 2017, 36(23): 170-174.

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针对传统的HMM模型状态数必须预先设定的不足，提出了一种基于DPMM-CHMM的机械设备性能退化评估方法。该方法利用DPMM模型的自动聚类功能，实现了模型结构根据观测数据的自适应变化和动态调整，获得设备运行过程中的最优退化状态数，并结合CHMM良好的分析和建模能力，得到设备退化状态转移路径，实现机械设备运行过程中的退化状态识别和性能评估，并利用滚动轴承全寿命数据进行了应用研究。结果表明，该方法可以有效地识别轴承运行中的不同退化状态，为基于状态的设备维修提供了理论指导。

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外包钢板对钢筋混凝土桥墩撞击性能影响的试验研究

韩艳1,2，范东振1，刘山1

振动与冲击. 2017, 36(23): 175-180.

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分别进行了普通钢筋混凝土桥墩和外包钢板混凝土桥墩在车辆碰撞作用下的动力性能模型试验，通过实测撞击力时程、桥墩的加速度以及钢筋的应变时程响应并进行对比分析，研究了外包钢板对提高桥墩防撞能力的效果。研究结果表明，外包钢板混凝土墩柱的车辆撞击力、撞击部位的加速度均小于普通钢筋混凝土墩柱的相应值，桥墩根部钢筋的峰值压应变也大幅度降低，说明采用外包钢板的方法可以有效减少车辆对桥墩的撞击作用，从保护桥墩结构本身的角度来说是一种有效的方法。

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材料内阻对旋转复合材料轴动力学稳定性的影响研究

任勇生，时玉艳，张玉环

振动与冲击. 2017, 36(23): 181-186.

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由于复合材料与金属材料相比，具有更为突出的阻尼耗散能力，超临界旋转复合材料轴在材料内阻的作用下更容易产生不稳定自激振动。本文从复合材料本构关系、应变-位移关系基本方程出发，基于Bernoulli-Euler梁理论，并考虑复合材料的粘弹性阻尼耗散特性，在导出旋转复合材料轴的动能、势能和内阻耗散能的基础上，采用Hamilton原理建立了转子系统的运动微分方程，采用Galerkin法对复数形式的弯曲方程进行求解，导出转子系统的特征方程。通过数值分析得到固有频率-转速曲线和阻尼-转速曲线，求得了临界转速和失稳阈。研究了铺层角、长径比和铺层方式的影响。本文模型结果的正确性，通过与文献结果对比，得到了验证。

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一种改进的峭度图方法及其在复杂干扰下轴承故障诊断中的应用

顾晓辉1,2, 杨绍普1,2, 刘永强2, 廖英英2

振动与冲击. 2017, 36(23): 187-193.

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快速峭度图是一种常用的滚动轴承故障诊断方法，但由于峭度指标对冲击过于敏感，在干扰较复杂的工况中，该方法往往无法正确识别出最优的共振频带进行包络解调。然而，解调信号的包络谱对噪声具有一定的免疫能力，而且包络谱中通常会清晰的出现故障特征频率及其倍频成分，呈现出典型的周期性脉冲特点。因此，提出应用相关峭度定量地刻画窄带信号的包络谱幅值，即以频域相关峭度值生成峭度图，用于最优频带的自适应地识别。同时，基于相关峭度的指向性，可以将该方法应用于轴承的复合故障诊断。最后通过实验分析，验证了本文方法对轴承微弱故障和复合故障诊断的有效性。

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轴向超声振动磨削硬脆性材料表面粗糙度建模研究

何玉辉1,2，万荣桥1,2，周剑杰1,2，唐进元1,2

振动与冲击. 2017, 36(23): 194-200.

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假设磨粒切削沟槽轮廓截面为一系列顶角等于磨粒的锥顶角、深度服从瑞利分布的三角形，并考虑磨粒运动轨迹重叠效应的影响，建立了轴向超声振动磨削硬脆性材料的表面粗糙度模型。以K9光学玻璃为实验材料，对比分析了未考虑和考虑了磨粒运动轨迹重叠效应的表面粗糙度模型的拟合精度，结果表明：后者表征超声磨削表面粗糙度更接近实验结果，且超声磨削表面粗糙度模型反映的磨削参数和振动参数对表面粗糙度的影响趋势与实验结果相一致，从而验证了所建模型的正确性和有效性。

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偶然冲击荷载作用下大型LNG储罐穹顶力学行为试验研究

邹德磊1,2，孙建刚?2，郑建华3,崔利富2，王振2，刘伟兵2

振动与冲击. 2017, 36(23): 201-208.

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为了探究偶然冲击荷载作用下大型LNG储罐穹顶的力学行为，选取16×104m3LNG储罐穹顶局部壳体为试验原型，以抗冲击设计依据为参照，通过变换壳体厚度、飞射物质量、冲击速度等参数，进行了15个工况的冲击试验。试验结果表明，偶然冲击荷载作用下，穹顶局部壳体迎弹面将出现成坑破坏，沿径向、环向不产生裂缝；背部钢衬板和混凝土将产生不同类型破坏。弹体能量、侵入姿态、钢筋抗力对混凝土成坑、侵彻深度以及钢衬板的破坏形态影响较大。当飞射物与设计依据动能相同，弹着点位于钢筋间隙内时，局部壳体背部钢衬板不发生破坏，但背部混凝土可形成裂缝或圆形帽状剥落区，设计和安全性评估时应予以关注。基于试验数据拟合出了用于估算事故性偶然冲击荷载作用下大型LNG储罐穹顶破坏情况的经验公式。

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金字塔型空心点阵结构的隔声特性研究

陈婷婷1,2，刘杰1,2，谭栋国1,2，文桂林1,2

振动与冲击. 2017, 36(23): 209-215.

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周期点阵结构作为新型结构运用到航天器时，需要考虑结构的轻量化和隔声效果。为了优化传统金字塔型点阵结构的轻量化设计并且提高其隔声效果，本文首先研究相同几何参数的金字塔型实心和空心点阵结构的空间构成和隔声量曲线，发现金字塔型空心点阵结构更有利于结构的轻量化并且其隔声效果在大部分频段内优于金字塔型实心点阵结构。随后基于直接声振耦合理论，本文用数值方法系统研究了金字塔型空心点阵结构的隔声特性，分析了空心杆件仰俯角、空心杆件壁厚、空心杆件长度、空心杆件截面形状以及点阵结构的晶格常数、面内尺寸等重要结构参数对金字塔型空心点阵结构隔声特性的影响，为点阵结构的声学优化提供了有意义的参考。

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非高斯脉动风压的非迭代模拟算法

李锦华1 李春祥2 蒋磊2 邓莹2

振动与冲击. 2017, 36(23): 216-222.

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建立了无需反复迭代的非高斯随机过程模拟算法，避免了反复迭代可能出现不收敛的问题。首先，基于非线性平移过程，详细分析了潜在高斯随机过程与非高斯随机过程的转换关系。其次，通过反证法证明了非高斯随机过程的目标功率谱与边缘概率分布函数需要协调一致，并建立了判断非高斯目标功率谱与边缘概率分布函数是否协调的标准，即潜在高斯目标功率谱是否出现负值。然后，对于目标函数不协调的情况提出了相应的修正方案，建立了模拟单变量非高斯随机过程的非迭代算法。最后，采用该算法对不同斜度的非高斯脉动风压进行了数值模拟分析，并通过相关函数、功率谱、概率密度函数与目标函数的对比验证了该算法的有效性。

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星形节点周期性蜂窝结构的面内动力学响应特性研究

韩会龙，张新春

振动与冲击. 2017, 36(23): 223-231.

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利用显式动力有限元法数值研究了冲击载荷下星形节点周期性蜂窝结构的面内冲击动力学响应特性。在保证各胞元壁长不变的前提下，通过改变胞壁厚度、内凹箭头节点间夹角和韧带长度等微结构参数，首先建立了星形节点周期性蜂窝结构的有限元模型。在此基础上，讨论了冲击速度和微结构参数对星形蜂窝材料的宏/微观变形、密实应变和动态冲击强度的影响。结果表明，由于胞壁受膜力和弯矩的耦合作用，在中、低速冲击载荷下，试件表现出负泊松比材料在轴向压缩时的“颈缩”现象。基于能量效率法和一维冲击波理论，给出了星形蜂窝结构密实应变和动态平台应力的经验公式，以预测多胞材料的动态承载能力。本文的研究将为拉胀多胞材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供新的设计思路。

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径向滑动轴承中轴承孔与轴颈的法向接触刚度建模

田红亮，董元发，余媛，陈甜敏

振动与冲击. 2017, 36(23): 232-242.

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将分形理论与结合部虚拟材料相结合，构建径向滑动轴承中轴承孔与轴颈的法向接触刚度模型。修正Weierstrass函数在任一点处处不可求导的条件。严格论证分形维数的限定范围是1≤D<2。数值模拟表明：轴承接触的侧面接触系数等于或小于1。内接触的侧面接触系数大于外接触的侧面接触系数。随着轴颈半径、法向接触载荷的增加，结合部虚拟材料厚度的减小，轴承接触的侧面接触系数增加。内接触的真实接触面积大于外接触的真实接触面积。随着轴颈半径的增加，分形粗糙度、轴承孔平面布氏硬度、结合部虚拟材料厚度的减少，真实接触面积提高。对于固定的法向接触载荷，当分形维数由1.4增大至1.5时，真实接触面积随之增加；当分形维数由1.5增大至1.9时，真实接触面积随之减少。赫兹应力随着轴颈半径的增加而下降。内接触的赫兹应力小于外接触的赫兹应力。轴承内接触的法向接触刚度大于外接触的法向接触刚度。另外，随着法向接触载荷、分形维数、轴颈半径的增加，分形粗糙度、轴颈弹性模量、轴承长度、结合部虚拟材料厚度的减小，法向接触刚度增加。

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消声器中高频传递损失计算的有限元-模态匹配混合方法

杨亮,季振林

振动与冲击. 2017, 36(23): 243-247.

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提出了有限元-模态匹配混合方法用于计算消声器中高频传递损失，将消声器进出口面上的节点声学量展开为模态叠加的形式并代入有限元方程，以本征函数为权系数对进出口面上的声压进行积分，从而建立起以内部节点声学量和进出口模态幅值系数为未知量的线性方程组。结合边界条件计算得到消声器进出口面上的各阶模态幅值系数，进而得到进出口声功率用于传递损失的计算。分别对抗性和阻性消声器的传递损失进行了计算，验证了有限元-模态匹配混合方法在全频段范围的有效性。

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小样本下基于竞争失效的轴承可靠性评估

秦荦晟，陈晓阳，沈雪瑾

振动与冲击. 2017, 36(23): 248-254.

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轴承是机械产品中重要的组成部分，其性能和寿命与机械设备的运行寿命密切相关。为获得准确的轴承可靠性评估结果，应当综合考虑不同失效模式对轴承可靠性的影响。针对轴承试验中完全失效的数据，利用Bootstrap法构造轴承寿命分布参数的先验分布，依据Bayes法估计出相应的后验分布，并对后验期望修偏即可获得轴承寿命分布参数。通过进一步分析轴承的振动性能退化数据，获得轴承局部失效的寿命分布。利用Copula函数对轴承的完全失效的寿命分布模型和局部失效寿命模型进行综合分析，借助试验数据点的经验Kendall相关秩估计Copula函数的相关参数，求得轴承竞争失效下的可靠性分析结果，获得的分析结果有助于寻找轴承设计过程中存在的缺陷，提高轴承的可靠度。

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台风作用下输电塔线体系动力响应分析

安利强1 张志强1 黄仁谋2 张荣伦2 庞松岭2 梁成1 杨文刚1

振动与冲击. 2017, 36(23): 255-262.

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台风作用下输电线路倒塔事故时有发生。通过YanMeng台风风场和Monte Carlo法模拟得出了海口市的极值风速和风剖面指数，并采用石沅台风风谱进行了台风脉动风的数值模拟，在ANSYS中建立一塔两线模型，计算了模型在台风风载荷作用下的风载荷效应。分析表明：导、地线线条风载荷对主材轴力的贡献率很大，极值状态时达到了58.9%，通过在台风区适当减小档距或者采用落线护塔的方式可以减小台风带来的损害；台风的高强度和高湍流特性，导致在极值状态下的响应远大于静风等效作用下的响应，规范中所取的风载荷调整系数偏小，对于台风工况，应充分考虑其动力放大作用。

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基于Gabor变换的大型望远镜跟踪镜的轴承抖动分析

韩琳楚1,2，张景旭 1，杨飞1

振动与冲击. 2017, 36(23): 263-267.

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为了解决传统抖动分析方法在TMT（Thirty Meter Telescope，三十米望远镜)三镜轴承上的局限性，提出了利用Gabor变换作为抖动性质及信号特性的评价方法。介绍了多加速度计的位置分布及连接方式，详细说明了加速度计在俯仰轴及方位轴上抖动信号的测试过程。在抖动信号数据处理中比较了时间序列法和周期图法的不足，提出了Gabor变换的新方法，Gabor变换可以截取任意时间段上的频谱信息的性质，在时-频域上分析信号的特征，使抖动分析更加真实可靠。最终在某2m级望远镜轴承上做了抖动测量实验，从实验结果可以看到2s内的频率特性曲线，接近0Hz的低频扰动比较敏感，50Hz噪声扰动一直存在，470Hz的高频信号时续时断。当轴承顺时针转动时，1s时有很明显的噪声信号；轴承反向转动时，1.5s~2s时噪声信号突出，降噪后低频噪声依然存在，但高阶频率被激励，保证了信号的真实性. Gabor变换的信号处理方法对于今后大型光电望远镜轴承抖动检测的研究具有一定借鉴意义。

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复合材料薄壁圆管压溃吸能机理分析及层叠壳建模方法研究

冯振宇，周建，张雪晗，马骢瑶，解江，牟浩蕾

振动与冲击. 2017, 36(23): 268-275.

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为了研究T700/3234复合材料薄壁圆管的吸能机理，先通过试验测试得到复合材料层板的力学性能，然后对复合材料薄壁圆管进行轴向准静态压缩试验研究。通过测得的峰值载荷(Fmax)、比吸能(Es)等指标参数，分析了引发形式及铺层角度对复合材料薄壁圆管破坏模式和吸能特性的影响。结果表明，在圆管顶端设置45°外倒角引发形式，能够很大程度降低压溃初始峰值。此外，不同纤维铺层角度会导致不同破坏模式，进而影响其吸能特性。基于Puck2000和Yamada Sun失效准则，发展了一种薄壁圆管层叠壳有限元建模方法，用于研究T700/3234复合材料薄壁圆管的吸能特性，对比试验数据，仿真结果的初始峰值载荷、比吸能等指标均与试验结果吻合性较好。

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高溜井卸矿冲击气流影响因素的相似理论与实验研究

王明，蒋仲安, 陈举师，邓权龙

振动与冲击. 2017, 36(23): 276-282.

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高溜井卸矿过程中产生的冲击气流是卸矿硐室及其附近巷道产尘的主要原因，本文通过分析冲击气流产生的基本方程，根据相似原理，导出了高溜井卸矿冲击气流的相似准则数，以李楼铁矿24#卸矿溜井为原型，建立了高溜井的相似模型，并对不同卸矿条件下的冲击气流进行了实验研究。结果表明：冲击风速随卸矿流量的增加而增加，但其增幅随卸矿流量增加而减小，最大冲击风速与卸矿流量成近似幂函数关系，且卸矿高度越大，幂指数越大，实验得幂指数范围为0.593~0.732；卸矿高度越高冲击气流越大，且随着卸矿高度的增加，矿石颗粒分散的空间越大，颗粒间相互作用越小，对溜井内气流的诱导作用越大，冲击气流增加的幅度随卸矿高度的增加不断提高；矿石粒径范围及出口阻力系数越大冲击气流越小；同时卸矿的中段越多，冲击气流会产生叠加而增大，但远小于各中段单独卸矿产生冲击气流的总和。

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2017年, 第36卷, 第23期　
刊出日期：2017-11-28

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