振动与冲击

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刘永升1，高德利1，2王镇全1刘奎1

振动与冲击. 2017, 36(24): 1-6.

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由于缺乏对钻柱在斜井或水平井中运动规律清楚的认识，故无法采取有效措施避免钻柱的非正常磨损以及由于钻柱偏磨导致的钻杆磨穿问题。本文基于Lagrange动力学普遍方程，综合考虑了钻柱的粘滑运动、横向及扭转变形以及钻井液阻尼的影响，建立了斜直井中钻柱非规则运动的四自由度非线性动态模型。针对不同井斜角条件下钻柱运动的数值研究表明：当井斜角为90°时，钻柱将会沿着自身旋转方向的约30°扇形域的井壁蠕动，并且由于摩阻扭矩的集聚-释放，伴随随机的粘滑和翻滚。随着井斜角的减小，局部的摩擦翻滚幅度增加并逐渐扩展成为整个井眼内的带有随机碰撞的回旋运动。该模型有助于更好的认识定向井作业中钻柱的井下工况，为有效实施减弱钻柱磨损和预防钻杆磨穿的举措提供理论指导。

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一种新型TBM刀具磨损检测技术

李宏波1,2,陈馈1,2,周建军1,2,张兵1,2

振动与冲击. 2017, 36(24): 7-12.

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随着隧道及地下空间工程的发展，TBM工法被越来越多的使用。针对TBM施工中刀具磨损更换频繁且缺乏有效方法对刀具状态进行评估问题，以TBM模态掘进试验台搭载的不同刀具为研究对象，将声发射检测、自适应卡尔曼滤波和一种改进的信息熵值赋权模型应用于TBM刀具状态评估和检测，基于自适应卡尔曼滤波和改进信息熵值模型的声发射多散点多参量权重融合法可有效的反映出刀具的不同磨损状态，可为TBM刀具现场检修和保养提供参考。

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近、远场强震下深水桥梁群桩基础的非线性响应及损伤特性

江辉1，王志2，白晓宇1,曾聪1

振动与冲击. 2017, 36(24): 13-22.

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以某大型深水桥梁的群桩基础为对象，建立考虑动水效应和桩-土相互作用的非线性计算模型，以近、远场强震记录为输入，分析了不同水深下群桩基础的动力响应及损伤特性。可发现，近场地震下群桩基础的动力响应均大于远场，弯矩、剪力、位移的最大增幅分别出现在冲刷线以下不同深度处，轴力的最大增幅则出现在桩顶处，弯矩、剪力、位移和轴力的最大增幅分别为150.6%、227.2%、333.4%和64.2%。近场地震下，墩底、桩顶是主要易损部位，当PGA=0.38g和0.6g,时桩顶损伤指数分别为0.19和0.40，损伤水平及范围随地震动强度增加而增大，随水深增加而略有增大；远场地震下，群桩基础主要处于弹性状态。由于桩周土的约束作用，一定深度的土层交界处也可能出现桩基损伤，且损伤程度会随地震动强度的增加而增大，并向两端扩散。对比表明，近场地震下深水群桩基础的动力响应及损伤均明显大于远场，表明脉冲型近断层地震动具有更高的变形和耗能需求，应在深水桥梁的抗震设计尤其是基础延性设计中予以重视。

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基于双势阱系统的混沌振动研究

刘树勇，位秀雷，王基，俞翔

振动与冲击. 2017, 36(24): 23-29.

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应用多尺度法求出了双势阱系统自由振动响应的近似解析解，分析了系统响应中慢变分量和快变分量对响应的影响。采用平均法得到了系统的幅频关系表达式，给出了振动幅值和频率调节因子之间的舌状结构曲线，揭示了系统的非线性本质特征。为了证实理论分析的正确性，利用双势阱理论设计了单端磁吸式混沌振动试验装置。研究了不同激励幅值、不同激励频率下系统的响应。观察到了系统中出现的次谐波现象、超谐波现象以及系统中周期1运动的不同模式。通过参数改变，该系统在一定频率和激励幅值条件下可以产生持续稳定的混沌振动。应用相空间重构技术重构了实测信号的奇怪吸引子图，计算了混沌信号的最大Lyapunov指数和关联维数，研究结果为混沌工程应用提供了有益参考。

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轨道非线性能量阱阻尼对其减振性能的影响

王菁菁1，浩文明1，吕西林2

振动与冲击. 2017, 36(24): 30-34.

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非线性能量阱（Nonlinear Energy Sinks，简称NESs）属于被动结构控制技术，通过产生非线性回复力降低主体结构响应。该论文所研究的轨道非线性能量阱（简称轨道NES）是一种新型的NES，由轨道和附加质量组成。轨道与主体结构固定，质量块沿轨道运动，通过改变轨道形状，可产生所需的非线性回复力。首先，文中对轨道NES进行了理论分析，推导了轨道NES回复力表达式和附加轨道NES系统的运动方程。然后对一两自由度主体结构附加轨道NES进行了数值优化，优化后的轨道NES减振性能良好，且对主体结构刚度的变化具备较高的鲁棒性。但同时，研究发现轨道NES减振性能对输入能量大小较敏感。为改善其能量鲁棒性，文中又对NES阻尼进行了研究，分析其对轨道NES减振性能的影响。结果表明：当结构刚度和初始速度一定时，轨道NES阻尼存在最优值使结构减振效果最佳，即可以通过调整NES阻尼进一步改善其能量鲁棒性。

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单层金属板对刚性弹体抗撞击特性的影响因素研究

邓云飞?，胡静，崔亚男，何振鹏

振动与冲击. 2017, 36(24): 35-43.

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利用38CrSi高硬度弹体对Q235钢和45钢的单层靶进行撞击实验，研究单层金属板对刚性弹体抗撞击特性的影响因素，揭示靶体材料特性、靶体厚度及弹体头部形状对靶体抗撞击特性的影响，分析不同撞击条件下靶体主要失效特性的过渡及条件。实验结果表明，弹体头部形状对其弹道极限的影响与靶体厚度、靶体材性力学特性相关。对于薄板，弹体头部形状对低强度材料更为敏感。但是，对于厚板，弹体头部形状对高强度材料更为敏感。靶体的弹道极限随其厚度增加而增加，靶体厚度对卵形头弹的弹道极限影响最大，依次是半球形头弹和平头弹。此外，高强度靶体的弹道极限高于低强度靶体的弹道极限，其中靶体强度对卵形头弹的弹道极限影响最大。

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地铁邻近建筑的砂袋垫层基础隔振试验研究

盛涛,1.2.3,李水明2，刘干斌3，侯姗3，王建超3

振动与冲击. 2017, 36(24): 44-50.

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以某地铁线路邻近的3层钢筋混凝土框架结构为原型，通过建立1/8缩尺模型开展了地铁激励下的砂袋垫层基础隔振试验，分析和预测了应用砂袋垫层提高楼盖竖向振动舒适度的有效性。相似比设计和模型试验的结果表明：（1）缩尺模型结构的混凝土弹性模量和楼盖的竖向自振频率均符合相似比要求，且砂袋的竖向刚度与其几何尺寸直接相关，能符合隔振频率的相似性要求，因此模型试验能真实反应原型结构和隔振层的动力特性；（2）砂袋的抗压刚度远小于上部结构的柱子轴压刚度，应用砂袋形成的基础隔振层对提升地铁邻近建筑的室内舒适度效果明显，其中5层砂袋叠放时，可使地铁激励下原型建筑楼盖的1/3倍频程分频振级最大减小约28dB；（3）砂颗粒间的摩擦耗能机理使得砂袋垫层基础隔振结构对低频环境振动的抗干扰性更强，可有效控制道路交通环境振动造成的负面影响，因此其适用范围更广。

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悬索桥施工期大尺寸主缆驰振分析方法研究

李胜利,王超群,宁佐强,王东炜

振动与冲击. 2017, 36(24): 51-57.

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针对传统单自由度驰振模型在进行悬索桥大尺寸主缆施工期驰振分析时可能产生误判的问题，建立了一个同时考虑主缆横风向及顺风向运动的二自由度驰振模型。以东海某大跨径悬索桥为例，利用Fluent数值模拟的方法，计算得到该桥主缆施工期几个典型工况不同风攻角下的气动力系数；采用ANSYS建立该桥主塔、主缆及猫道的有限元模型，通过模态分析得到对应工况下主缆的动力特性；最后选取可能发生驰振失稳的工况，分别利用传统单自由度模型及本文提出的二自由度模型计算其驰振临界风速并进行对比分析。结果表明：分别利用两种模型所计算的驰振临界风速差别较大，传统单自由度方法对是否发生驰振可能产生误判，从而可为悬索桥大尺寸主缆施工期的驰振分析提供理论参考。

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动摩擦作用下含间隙碰撞振动系统的动力学分析

张艳龙1，唐斌斌1，王丽2，杜三山1

振动与冲击. 2017, 36(24): 58-63.

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研究在非光滑因素间隙及摩擦作用下的强非线性系统动力学行为。将Dankowicz动摩擦模型引进力学系统中，给出振子受力判断条件，结合数值仿真分析，探讨摩擦诱导振动及其它关键参数对系统动力学特性的影响。结果表明，系统在不同参数下存在复杂多样的摩擦诱导振动形式：稳定周期摩擦振动、概周期摩擦粘滞振动、概周期瞬时摩擦诱导振动、颤振碰撞、摩擦诱导粘滞擦边碰撞振动及摩擦诱导粘滞混沌振动等。

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基于改进萤火虫算法优化BP神经网络的水电站厂房振动预测

宋志强，耿聃，苏晨辉，刘云贺

振动与冲击. 2017, 36(24): 64-69.

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利用萤火虫算法优化BP神经网络权值和阈值基础上，建立水电站厂房振动响应预测模型。针对萤火虫算法存在的收敛速度慢、易陷入局部最优等问题，引入动态随机局部搜索机制加快收敛速度，对当前最优解进行变异操作避免陷入局部最优，提出动态步长更新措施提高计算精度，改进最优解振荡问题。仿真实例表明，基于改进萤火虫算法优化的BP网络模型预测精度和收敛速度等性能得到明显改善，可用于水电站厂房结构振动响应预测。

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考虑网络时变时延的纯电动车传动系统扭振控制研究

陈长征，王悦，王刚，于慎波

振动与冲击. 2017, 36(24): 70-76.

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电机-变速器同轴直联传动系统具有小尺寸、高效率的特点，已经广泛应用于纯电动汽车当中。由于其本质上表现为一个欠阻尼系统，在起步加速、减速和能量回馈制动时具有明显的扭振和车身抖动现象，影响整车的行驶性能。针对该问题，提出了基于混合H∞/GH2算法的振荡衰减控制策略，并综合考虑了网络时延、电机转矩脉动及建模误差的影响。由于扭转角难以测量，采用静态输出反馈控制方式。区别于以往的迭代算法，文中应用一个新的单步法直接求解问题的可行解，极大地简化了设计过程。数值结果表明，在不失加速性的前提下，所提方法能有效地抑制传动系统扭振和车身抖动。

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大跨径桥梁三维台风风场数值模拟

韩万水1 刘焕举1 武隽1 肖强2 闫利3

振动与冲击. 2017, 36(24): 77-84.

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台风灾害频发以及大跨径桥梁塔高、质轻和阻尼弱的特点，台风作用下大跨径桥梁的安全评估十分必要，大跨径桥梁三维台风风场合理模拟是面临的首要问题。首先，利用三次样条函数，模拟台风时变平均风速；采用更新时变平均风速的谐波合成法，实现台风风速脉动部分的数值模拟；并考虑空间点群风速相关性，建立三维台风风场模拟方法。其次，基于进化谱理论，推导非均匀调制进化功率谱（简称进化谱），建立台风风场模拟验证方法；通过对比进化谱与模拟功率谱，对台风模拟结果进行验证。最后，选取沿海地区某大跨斜拉桥为例，应用构建的三维台风风场模拟与验证方法，进行实例桥梁风场分析。结果表明：采用更新时变平均风速的谐波合成法，并考虑空间点群风速相关性，可实现三维台风风场的模拟。

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中承式钢管混凝土拱桥动力特性分析

吴梅容1，卓卫东1，2，孙颖1，2，谷音1，2

振动与冲击. 2017, 36(24): 85-90.

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中承式钢管混凝土拱桥结构的振动问题较为突出，因此，其结构动力特性引起广泛关注。基于收集到的158座国内已建成的中承式钢管混凝土拱桥的设计资料，统计分析该桥型的主要结构设计参数和构造特征，进行基准桥梁试设计。采用Midas Civil空间有限元分析软件，建立了有推力和无推力中承式钢管混凝土拱桥动力计算的基准有限元分析模型，分析比较其动力特性；并进一步探讨了无推力中承式钢管混凝土拱桥在矢跨比、宽跨比、主拱肋刚度、横撑布置方式、吊杆失效以及支座布置等参数变化时桥梁结构动力特性的改变。结果表明：大跨径中承式钢管混凝土拱桥具有密集高阶模态的特点，且桥面板、拱肋的耦合振动明显；对无推力中承式钢管混凝土拱桥，在常用取值范围内，主要设计参数对结构动力特性的影响较小，合理布置横撑及增大桥面宽度，可明显改善结构的横向稳定性。

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混杂纤维高强混凝土层裂试验研究

焦楚杰1，权长青2，李习波1，申博1，闫毅1

振动与冲击. 2017, 36(24): 91-96.

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采用Φ74mm直锥变截面霍普金森压杆，对尺寸为Φ70mm×600mm，掺钢纤维和聚丙烯纤维的C80级混杂纤维高强混凝土（HFRHSC）试块，进行应变率为1s-1-30s-1的层裂试验。通过加置波形整形器和万向头，得到了适合层裂试验的理想电压时程波形，试验发现钢纤维和聚丙烯纤维的掺入可显著提高混凝土的层裂强度；HFRHSC层裂强度随应变率提高而提高；钢纤维对层裂强度的增强效应大于聚丙烯纤维的增强效应；混凝土层裂断面与试块自由端的距离基本呈现随应变率提高而减小的趋势，层裂次数随应变率的提高而增多，素混凝土试块的层裂破坏面较为平整，而HFRHSC试块的层裂面凹凸不平。

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微差爆破的爆生裂纹扩展特性试验研究

杨仁树1,2，丁晨曦1，杨国梁1，杨立云1，王雁冰1

振动与冲击. 2017, 36(24): 97-102.

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以有机玻璃为模型材料，采用新型数字激光动态焦散线实验系统，研究了延时为20μs和40μs的微差爆破爆生主裂纹扩展特性，比较了试件破坏形态和破坏过程的差异，分析了爆生主裂纹扩展过程中的偏转角度、扩展速度和动态应力强度因子等物理量随时间的变化关系。结果表明，延时为20μs的爆生主裂纹的竖向偏移值明显大于延时为40μs的情况。延时时间的不同对爆生主裂纹动态应力强度因子的第一次峰值没有明显影响，但对其第二次峰值影响显著。此外，两个或多个切槽炮孔同向并排起爆会使得爆生主裂纹的扩展偏离切槽方向，影响定向断裂效果，应尽量避免。

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基于AR和ARMA模型的多变量非高斯风压模拟

李锦华1 李春祥2 邓莹2 蒋磊2

振动与冲击. 2017, 36(24): 103-107.

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基于多变量非高斯随机过程间的相关性，将发展的单变量非高斯过程自回归和自回归滑动平均（AR和ARMA）模型模拟算法扩展至多变量非高斯过程的数值模拟。通过AR和ARMA模型系数考虑多变量非高斯过程间的相关性，建立多变量非高斯过程AR和ARMA模型的模拟算法。多变量非高斯风压的数值模拟表明：AR和ARMA模型算法能有效地模拟低斜度、中斜度和高斜度的多变量非高斯随机过程。

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响度三维空间分布重建

金江明1，卢奂采1，李敏宗2

振动与冲击. 2017, 36(24): 108-115.

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将近场声全息方法和声品质客观参量计算方法相结合，提出声品质客观参量-响度的三维空间分布重建方法，该方法通过建立从声压分布到响度分布的映射模型，计算声场中不同位置的声品质客观参量大小，得到响度的三维空间分布。为了验证方法的有效性，分别在单个点声源和两个点声源形成的声场开展响度三维分布重建模型的数值仿真分析研究，检验了重构距离、频率和双声源间夹角等参数对声压重构精度和响度三维分布重构精度的影响。同时，在全消声室内使用刚性表面球形传声器阵列对含两个扬声器辐射形成声场的进行了响度三维分布重构模型的实验验证。仿真和实验结果表明：本文提出的方法在近场声全息声场重建的基础上有效实现了响度三维空间分布的重建。

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复杂山地环境下四塔组合特大型冷却塔风致干扰效应研究

余文林柯世堂

振动与冲击. 2017, 36(24): 116-123.

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为系统研究复杂山地和周边建筑对超规范190m高度限值特大型冷却塔四塔组合的风致干扰效应，以国内在建210m高特大型冷却塔四塔组合为对象，基于计算流体动力学（CFD）方法对不同来流风向角下考虑复杂山地（高度接近冷却塔喉部标高且距离塔体很近）四塔组合冷却塔的周围流场进行了数值模拟，并将单个冷却塔的风压分布与规范及实测曲线进行对比验证了数值模拟的有效性。在此基础上，对比分析了考虑复杂山地和周边建筑干扰时冷却塔表面最大负压、基于最大负压的干扰因子和平均风压分布特性，同时通过对最不利工况下冷却塔周边速度和涡量变化进行分析提炼出山地和塔群之间的风致干扰机理。研究表明复杂山地对冷却塔群来流湍流和风压分布模式的影响显著，同时受到冷却塔和建筑物之间“夹道效应”的影响，此时最不利工况下冷却塔基于最大负压的干扰因子最大可达1.43，远大于没有复杂地形下工程常见多塔干扰因子。主要研究结论可为此类考虑复杂山地环境的特大型冷却塔的群塔干扰因子取值提供参考。

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纵弯模态复合型直线超声电机定子质心振动研究

付前卫，姚志远

振动与冲击. 2017, 36(24): 124-129.

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针对纵弯模态复合型直线超声电机的质心振动问题，采用等效非线性弹簧层接触理论，建立了刚性平面接触模型和定子法向运动的动力学模型，进而解出一阶纵振模态和定子质心振动的动力学方程，得出质心振动的稳态解。根据建立的模型，分析了定子质心振动对电机机械输出性能的影响；并通过MATLAB仿真计算进一步分析了预压力弹簧刚度、预压力大小等因素对定子质心振动响应的影响。最后制作样机并开展了实验研究。实验表明模型是有效的，该研究可以为直线超声电机的动力学建模和结构优化设计提供理论依据。

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用于间接获取耦合界面频响函数的变截面频响探针研究

孟天涯1,王军 1，2，郭蓓蓓 1，张小英 1，郭睿 1

振动与冲击. 2017, 36(24): 130-135.

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针对传统逆子结构理论在实测中耦合界面响应数据难以获得的问题，在已有等截面频响探针技术的基础上，为调和等截面探针过细无法固定传感器、施加激励和过粗难以深入到系统耦合界面的矛盾，提出一种更为实用的变截面频响探针技术。首先基于杆件纵向振动的通用动力学方程，对变截面面积函数进行代换，从而得出变截面杆件纵向振动方程式的解。之后通过理论推导，得到变截面频响探针技术的公式。为了去除频响探针自身质量对测量结果的影响，对变截面频响探针技术公式进行了优化。最后运用有限元方法对变截面频响探针技术进行了验证。结果表明变截面频响探针技术可以用来获取界面响应的不可测数据,且相比等截面探针更为实用。

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液化土群桩基础水平地震力振动过程中桩侧摩阻力和桩端摩阻力的变化分析

黄占芳 1 刘永强1 白晓红2

振动与冲击. 2017, 36(24): 136-141.

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研究了液化土桩基体系在水平地震力作用下桩侧摩阻力和桩端摩阻力的变化。首先通过振动台试验验证了MIDAS-GTS有限元分析软件的可行性；通过有限元分析，得到3D、3.5D、4D三种工况下的沉降时程和振动不同时间桩基的荷载—沉降（Q-S）曲线，分析两曲线结果，依据相关文献对振动过程中桩侧摩阻力和桩端摩阻力进行了求解。初步提出当地基土存在液化土层，考虑动载作用时的桩基竖向承载力的修正公式，为相关设计提供一定参考。

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基于动力反共振结构的周期细直梁纵向局域共振带隙研究

刘扭扭1,2，张振果1,2，徐时吟1,2，华宏星,2

振动与冲击. 2017, 36(24): 142-147.

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引入动力反共振结构，构建了一种具有低频局域共振带隙的新型细直梁周期结构。基于传递矩阵法和Bloch理论推导了无限周期细直梁纵向振动弹性波能带结构的理论模型，利用有限元法建立了有限周期细直梁纵向振动传输特性的数值模型，仿真结果与理论计算基本吻合。通过分析局域共振带隙与共振子等效质量和等效刚度的关联，阐述了动力反共振周期结构对细直梁纵向振动的隔振机理，给出了局域共振带隙的变化规律。研究表明，与采用弹簧质量为局域共振子的细直梁周期结构相比，应用动力反共振结构能够实现更低的带隙初始频率。

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S形钢龙骨-夹芯板防护层的落石冲击缓冲性能试验研究

张山1，张俊发1，陶磊2，刘浩召1

振动与冲击. 2017, 36(24): 148-155.

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为了减小高山峡谷中落石对建构筑物墙体的危害，提出了S形钢与EPS泡沫夹芯板组合防护层的方案。自行设计制作了S形冷弯薄壁型钢，对采用这种防护方案的四角支承钢筋混凝土板，开展了一系列的落石冲击试验。通过对落石冲击力及钢筋混凝土板四角处的支座反力变化过程研究，得到了落石冲击力和板底支座反力随时间的变化形态，探讨了新型防护结构的缓冲性能。与无防护结构试验结果对比分析表明，新型防护结构使落石冲击钢筋混凝土板的持续时间延长了5~6倍，最大冲击力降低了一半，平均冲击力减小至1/7~1/6，板内钢筋与混凝土产生的最大应变率数量级由105s-1降至103~10-2s-1，大大降低了落石对钢筋混凝土板的冲击破坏程度，具有良好的缓冲防护性能。

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系统参数对超空泡航行体非线性动力学特性的影响

吕一品，熊天红，易文俊，管军

振动与冲击. 2017, 36(24): 156-164.

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为保证水下超空泡航行体稳定地高速运动，在经典控制律的基础上，提出了一种新的控制律，并将之应用到超空泡航行体动力学模型中，通过动力学地图呈现了航行体尾翼偏转角、空化器直径随空化数变化的动力学行为，运用分岔图进一步探讨了超空泡系统的动力学特性，并采用数值仿真、相轨图和Lyapunov指数谱等非线性分析工具分析了航行体在不同参数下的运动状态。研究结果表明：随着尾翼偏转角、空化器直径和空化数的变化，超空泡系统的运动状态会在稳定航行、周期振荡和混沌振荡之间切换。当航行体参数不变，初始的深度、垂直速度、俯仰角和俯仰角加速度不同时，系统能体现瞬态周期、瞬态混沌和运动状态转移等非线性运动特性。研究结果将对超空泡航行体稳定控制具有指导意义。

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水浴防护下敏化剂对乳化炸药爆炸威力的影响

李战军1，林谋金1，马宏昊2，王飞2，刘翼1

振动与冲击. 2017, 36(24): 165-169.

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为了研究不同敏化剂对水浴加热后乳化炸药爆炸威力的影响，将含有不同敏化剂的乳化炸药经水浴加热不同时间后进行水下爆炸实验并得到压力时程曲线，通过对压力时程曲线进行计算得到相应的爆炸性能参数。结果表明：不同敏化剂敏化的乳化炸药爆速、压力峰值、冲量、比冲击波能、比气泡能以及总能量总体上随着水浴加热时间增加而降低，其中，NaNO2敏化的乳化炸药总能量在水浴加热1 h后降低量大于10%，物理敏化的乳化炸药总能量在水浴加热1 h后降低量小于5%，另外NaNO2敏化的乳化炸药在水浴加热后容易散失雷管感度，而物理敏化的乳化炸药不存在散失雷管感度现象。

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酒杯型输电铁塔曲臂风荷载风洞试验研究

杨风利1，牛华伟2，杨靖波1，张宏杰1

振动与冲击. 2017, 36(24): 170-176.

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酒杯塔是1000kV特高压输电线路工程中的常用塔型，设计时曲臂风荷载计算存在使用模型不统一的问题，而目前还没有针对曲臂风荷载的专门研究。完成了15m/s和20m/s来流风速下酒杯型输电铁塔曲臂模型的风洞试验，得到了11种风向角下的风轴和体轴平均阻力系数，获得了曲臂模型迎风面、背风面体型系数和背风面风荷载降低系数η，分析了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载系数和有效投影面积，将试验确定的曲臂风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析，提出了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载的设计建议。按中国规范“塔身”模型计算曲臂风荷载满足安全要求，风向角为90°时曲臂风整体风荷载取值偏于保守；风向角为45°、60°和90°时，按中国规范“横担”模型计算的曲臂风荷载远低于风洞试验值，将低估曲臂风荷载并使结构抗风设计存在安全隐患。

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基于自激冰振的风力机海冰载荷分析

叶柯华1，李春1，2，杨阳1，孙瑞1，张万福1，2

振动与冲击. 2017, 36(24): 177-183.

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海冰载荷是严寒海区近海风力机面临的主要载荷之一，具有作用力大、持续时间长和振动特性复杂等特点，对风力机结构尤其是塔架的动态响应具有严重影响。为研究海冰载荷对风力机影响，采用NREL 5 MW 近海3叶片水平轴风力机为研究对象，基于Kaimal风速谱建立湍流风场，采用自激冰振模型和FAST程序，计算海冰载荷作用下风力机塔基剪切力，得出以下结论：因海冰强度“负坡段”，风力机受海冰作用在中低冰速时会发生自激振动；自激振动造成了塔基剪切力显著增加，增幅随冰厚增加而减少；塔基前后向剪切力波动高于侧向；海冰载荷造成塔顶位移在1.1Hz附近幅值增加。

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两机反向旋转的振动同步系统在远共振和亚共振状态下的运动选择特性

李凌轩1, 陈晓哲1,2

振动与冲击. 2017, 36(24): 184-188.

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针对目前振动同步系统在远共振和近共振情况下稳态运动特性尚不够明确的问题，建立了一类平面两机反向旋转的振动同步系统模型来致力于研究其在亚共振和远共振情况下的稳态运动规律。首先，采用拉格朗日方法建立双机反向旋转的振动同频系统的运动方程并利用小参数法求出其稳态解，然后，利用Hamilton原理推导出系统的同步运转的频率俘获条件、稳定性判据及其运动规律；最后通过实验研究验证了理论的正确性。研究表明：在远共振工况下，当时，两激振器的相位差稳定在0°附近，当时，相位差稳定在180°附近；在亚共振工况下，结论正好与之相反。该研究为工程中双机反向旋转同步机械的设计提供了理论依据和实验参照。

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结构不等间距布置对圆柱壳结构声学性能的影响

谭路，纪刚，周其斗，张纬康

振动与冲击. 2017, 36(24): 189-194.

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为研究结构不等间距布置对圆柱结构声学性能影响的一般规律，应用有限元方法对等间距与不等间距加肋圆柱壳模型的振动响应进行计算，并以壳体法向的振动位移响应为输入，求取模型的均方法向速度级声学传递函数，并采用波数谱分析方法将壳体在空间域中的振动位移响应转换到波数域上，从而将振动分离为多种幅值不同的简谐波的叠加，方便从振动机理上解释结构不等间距布置对圆柱壳结构声学性能的影响。研究表明：肋骨的不等间距布置相比等间距布置对圆柱壳结构声学性能有较大改善，虽然在止带频段使得壳体局部振动增大，但在通带频段却能使振动大幅降低。

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励磁线圈磁场约束金属射流变形的作用机理研究

孟学平，雷彬，向红军，吕庆敖，黄旭

振动与冲击. 2017, 36(24): 195-203.

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为探究励磁线圈磁场对金属射流变形的作用机理，提出了励磁线圈脉冲磁场作用下，金属射流中感应电流密度、磁感应强度及电磁力密度分布的理论模型，建立了励磁线圈约束金属射流的有限元模型，进行了电磁-温度-结构多物理场耦合分析，最后进行了试验验证。结果表明，励磁线圈磁场能够对金属射流进行有效约束，电磁力做功和欧姆热效应的累积，引起金属射流发生有效变形，使金属射流整体更加均匀，进而可延缓金属射流劲缩部分断裂的过程，增强破甲弹对目标的侵彻穿深能力。

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点火位置对管道内油气泄压爆炸超压特性影响

李国庆1，杜扬1，王波1，周艳杰1，2，齐圣1，魏树旺1

振动与冲击. 2017, 36(24): 204-212.

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进行了初始油气浓度为1.7%全透明方管内不同点火位置（底部、中部和口部）对油气泄压爆炸超压特性的影响，实验结果表明：（1）底部点火时超压曲线不发生明显振荡，中部和口部点火时，超压曲线振荡明显；（2）爆炸超压波形变化和火焰传播形态有密切的内在联系，底部点火时，超压变化过程主要受火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响；中部点火时超压变化除受到火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响之外，还受到火焰和声波相互作用的影响；口部点火时，超压变化还受到声波振荡的影响；（3）对于中部和口部点火，压力振荡上升期的振幅呈指数增长，衰减期的振幅呈负指数下降；在超压上升阶段，振荡周期以接近二次抛物线的趋势下降，对于超压衰减阶段，超压振荡周期呈震荡上升；（4）对于管道内部测点，不考虑声波和火焰的相互作用时，最大超压峰值随着点火源与管道封闭端的距离的增大而减小；考虑声波和火焰的相互作用时，最大超压峰值随着点火距离的增大而增大。对于管道外部测点，不考虑声波和火焰的相互作用时，第一个超压峰值随着点火距离的增大而减小，如果考虑火焰声波的相互作用，最大超压峰值随着距离增大先减小再增大。

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爆破载荷作用下控制孔增透作用机理试验研究

张树川1，2，刘泽功1，2，刘健1，2，李重情1，2，刘炳乾1

振动与冲击. 2017, 36(24): 213-219.

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为了研究爆破载荷作用下控制孔增透作用机理，在实验室搭建爆破模拟试验系统，设计了有控制孔和无控制孔两种不同的模型试件，以煤体工程分类为依据结合构造煤物理力学特性利用相似材料配比加工制备尺寸为300mm×300mm×300mm的两种模型试样进行爆破模拟试验。利用高速摄像仪记录试样完整的裂纹萌生、扩展、贯通直至试样破坏的全过程，采用超动态应变仪监测煤岩层的应变信号，利用网络并行电法仪CT反演爆破前后模型试件电阻率的变化，分析两种模型试件在爆破载荷作用下裂纹扩展、动态力学和电性参数特性，进一步揭示了控制孔在深孔控制爆破卸压增透中的作用。结果表明，爆破载荷在固定端（“硬”材料）产生反射压缩波，在控制孔全部反射成拉伸波；爆破试样在冲击波、应力波、爆生气体的共同作用下产生两段主要波形，测点径向应变峰值与切向应变峰值相近；爆破前后煤岩电阻率产生异常变化，前后的平均异常系数为6~9。研究成果可用于现场工程实践中利用深孔控制爆破技术卸压增透防治煤与瓦斯突出等瓦斯灾害。

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考虑迟滞效应的圆柱体涡激振动分析研究

康庄，张立健，倪问池

振动与冲击. 2017, 36(24): 220-229.

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文章采用基于OpenFOAM的自编程PimpleDyMFoam求解器，结合Mental提出的SST k-ω湍流模型，对质量比为2.6的弹性支撑双自由度圆柱涡激振动进行数值模拟研究。数值模拟采用匀加速匀减速和匀速三种初始条件。研究表明：在“数值水池”中圆柱涡激振动出现了迟滞现象，数值模拟的迟滞区间为〖6≤U〗_r≤6.8，并在约化速度为6和6.8时，通过升力与位移关系捕获了“相位切换”。匀加速与匀减速条件能捕获到超上端分支，而匀速条件缺失上端分支。在Ur=6.8时，匀加速方式得到最大振幅1.4D，而采用不考虑迟滞效应的匀速条件时，圆柱最大振幅仅为0.85D。三种速度形式均发现锁定现象，但是锁定区间不同。匀加速与匀减速成功模拟出2T模式，匀速只模拟出2P模式。通过对比分析迟滞区域内尾涡变化规律，对迟滞机理进行了阐述。同时发现，采用较小加速度的匀加速初始条件，其相位切换发生延迟现象。

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基于期望补偿的挠性航天器自适应鲁棒主动振动控制

余臻1，郭毓1，王璐1

振动与冲击. 2017, 36(24): 230-236.

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针对一类黏贴有智能材料的挠性航天器进行大角度姿态快速机动中的姿态控制与振动抑制问题，提出了一种基于期望补偿的自适应鲁棒主动振动控制方法。该方法由路径规划、基于期望补偿的自适应鲁棒(DCARC)姿态控制器以及基于正位置反馈(PPF)的主动振动控制器组成。通过规划得到不易激起挠性附件振动的挠性航天器中心刚体角位置路径，利用DCARC姿态控制对规划的路径进行跟踪。采用基于期望补偿的自适应律使得回归量仅由期望路径信息计算，可减少测量噪声的影响。同时，针对机动过程中挠性附件的高频振动，采用多模态PPF主动振动控制器以增加附件阻尼。所提方法不仅能提高挠性航天器大角度姿态快速机动中动态和稳态性能，而且可有效抑制挠性附件振动。数值仿真结果验证了该方法的有效性。

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弹载器件的过载时间累积效应研究

钱立志1，蒋滨安1，宁全利1，李俊1,2

振动与冲击. 2017, 36(24): 237-241.

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针对弹载器件在火炮发射环境下较同样峰值冲击实验环境下更易损坏的现象，以某型特种弹所用弹载光电器件及其减载组件为例，分析了应力波的传播特点和规律；根据特征线相容关系，运用差分方法，通过对粘弹性材料在高过载环境下的动力学方程进行离散化处理，研究了弹载器件的过载时间累积效应形成机理和应力计算方法，对比分析了过载峰值、持续时间不同情况下作用于弹载器件的应力，为不同弹载器件的抗高过载设计提供理论分析和方法参考。

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纵弯复合型超声椭圆振动辅助抛光光纤阵列系统设计

陈涛1，2，刘德福1，2，严日明1，余青1

振动与冲击. 2017, 36(24): 242-249.

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对现有的化学机械抛光工艺难以满足光纤阵列组件高质量和高效率的要求，根据杆件的纵向振动和弯曲振动基本方程，设计了一种纵弯复合超声椭圆振动装置，用于光纤阵列组件的超声椭圆振动辅助化学机械抛光，以提高光纤阵列组建端面的抛光质量和抛光效率。本文设计的纵弯复合超声振动系统实现了36kHz下纵向4阶和弯曲13阶的同频超声振动。振幅测试试验结果表明，超声椭圆振动双向振幅分别为3μm和2.5μm，超声椭圆振动辅助化学机械抛光后的光纤端面粗糙度达到27.58nm。

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汽车发动机半主动悬置多目标结构优化设计

郑玲,2，刘巧斌1，犹佐龙1，庞剑2，3，徐小敏2，3，陈代军2，3

振动与冲击. 2017, 36(24): 250-255.

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针对一种控制节流孔式双模式半主动悬置，建立其集总参数模型，通过灵敏度分析确定优化变量，以软硬模式所处区间力传递率最小为优化目标，采用改进型非支配排序遗传算法（NSGA-II）对其集总参数进行优化，并将优化后的集总参数转化为悬置结构设计参数。仿真和试验结果均表明，优化后的半主动悬置在目标区间内具有较低的力传递率，本研究对高性能半主动悬置样件的开发和优化设计具有重要的理论指导意义。

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基于惯质耦合振动作用的车辆ISD悬架性能研究

杨晓峰，胡健滨，刘雁玲，沈钰杰，杜毅

振动与冲击. 2017, 36(24): 256-260.

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为研究惯容器与车辆ISD(Inerter-spring-damper)悬架系统耦合振动作用关系及其对悬架性能的影响，定义了惯质耦合系数,其表征了惯容器的质量阻抗与车身质量的耦合效应对悬架振动传递特性的影响程度。采用传递函数法和状态空间方程法分别建立了车辆1/4悬架的频域和时域模型，在此基础上仿真分析惯质耦合系数对悬架性能的影响。结果表明:与等刚度传统被动悬架相比，惯质耦合系数的增加可有效改善车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷在低频共振处的振动传递幅频特性，其幅频峰值分别降低了45.94%、37.5%和51.11%；车身加速度、悬架动行程、轮胎动载荷均方根值分别降低了5.41%、36.36%和6.19%，有效改善了车辆平顺性。

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2017年, 第36卷, 第24期　
刊出日期：2017-12-15

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