振动与冲击

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乐源1 缪鹏程2

振动与冲击. 2017, 36(7): 1-7.

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论文研究了一类三自由度碰撞振动系统的激变和阵发性。六维庞加莱映射能够表示成另外一个不对称映射的二次迭代，这表明系统具有对称性。该系统普遍存在发生Hopf分岔后得到的一对共轭拟周期运动。根据动力系统的极限集理论，讨论了极限集的对称性，得到系统发生激变的条件，并引入一个距离函数判定对称性恢复和激变临界点。当共轭混沌吸引子和不稳定对称不动点的最小距离等于零时，一对共轭混沌吸引子将会与不稳定的对称不动点在其吸引域边界发生碰撞，从而导致激变。通过数值模拟，揭示了激变之后的一种新的阵发性动力学现象：拟周期-拟周期阵发性。其分岔机制是：两个共轭拟周期吸引子→两个共轭拟周期吸引子倍化→两个共轭带状混沌吸引子→一个对称混沌吸引子→一个对称拟周期引子。通过对称极限集理论来区分对称吸引子和共轭吸引子，同时采用QR方法计算Lyapunov指数并用来确定吸引子的类型。激变导致的拟周期-拟周期阵发性，对于多自由度碰撞振动系统的动力学研究及优化设计具有重要意义。

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太阳能光伏板风荷载分布模型试验研究

马文勇1,2，孙高健2，刘小兵1,2，邢克勇3，刘庆宽1,2

振动与冲击. 2017, 36(7): 8-13.

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引起太阳能光伏板及其支架风致损坏的一个主要原因是其抗风设计方法尤其是风荷载取值模型仍不够完善。通过刚性模型测压风洞试验得到的光伏板表面体型系数分布规律及其产生的整体风荷载，提出了考虑光伏板倾角及风致弯矩影响的四角点平面风荷载分布模型及偏心矩模型，结合光伏板的结构特点，给出了均匀分布、梯形分布和偏心矩三种用于抗风设计的风荷载取值模型。该研究分析了目前风荷载取值模型的不足并提出了改进措施，通过三种风荷载分布模型的对比，为光伏板抗风设计的风荷载取值提供了依据。

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燃料电池车用离心压缩机窄带啸叫噪声实验测试与分析

韦开君 1，左曙光 1，吴旭东 1，万玉 1，许思传 1

振动与冲击. 2017, 36(7): 14-20.

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以某燃料电池车用离心压缩机为研究对象，测试并分析其在不同工况下的气动性能及气动噪声。试验结果表明，当离心压缩机工作在高效率的额定工况区时，进口处气动噪声最小，总声压级峰值出现在轻度喘振线附近。额定工况和阻塞工况的主要噪声源为旋转基频噪声；轻度喘振工况的主要噪声源为窄带啸叫噪声，其频率约为转频的3.9倍；深度喘振工况时550 – 2 000 Hz的宽频噪声明显上升；叶片通过频率噪声与流量无明显关系，且对总体噪声贡献量不大。应用商业软件CFX对轻度喘振工况下离心压缩机窄带啸叫噪声的产生机理进行分析。仿真结果表明，当离心压缩机流量低于额定流量时，进口冲角增大，导致主叶片、分流叶片前缘及扩压器内靠近轮罩面出现严重的二次流。叶片前缘和扩压器的同时失速是是造成轻度喘振工况下窄带啸叫噪声的主要原因。

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基于区间参数的水电机组振动传导研究

职保平12，周志琦12，李颖2，张宏战3

振动与冲击. 2017, 36(7): 21-25.

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在建立的伞式混流式水轮发电机组振动完善模型的基础上，引入各参数的区间性，结合区间算法和随机摄动理论，推导了水电机组各传导路径的传导力及传导率的上、下限和均值的计算表达式，建立了具有区间参数的水电机组-厂房耦合系统的振动传导分析方法。通过算例，分析了结构参数不确定性对传导率的影响，验证了模型和方法的合理性与可行性。该方法能够反映参数不确定时振动传导路径传递率的范围及敏感性等问题，为全面分析水电机组振动传递特性提供理论基础和数据支撑。

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非线性能量阱刚度优化计算与振动台试验

刘中坡1，吕西林2，王栋2，乌建中1

振动与冲击. 2017, 36(7): 26-33.

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本文介绍了一种通过几何非线性产生非线性回复力的NES，并对它的宽频控制特性进行了研究。首先通过解析方式求得1:1共振下频率与能量之间的关系并绘制频率能量图，频率能量图直观的表达了当NES与线性振子连接到一起的时候，其相对于线性振子的振动频率与系统中能量水平有着直接关系。然后，在多自由度振动系统的模态空间中使用解析的方法将NES刚度与线性振子的能量、频率与振型建立起相关的表达式。由表达式得到振动系统在一定能量水平下，NES达到较优控制效果所需要的非线性刚度。根据较优刚度计算方法，设计了NES振动控制试验并进行振动台试验。为了试验NES宽频控制特性，振动台台面输入采用了针对频域测试的Chirp信号，试验过程中通过改变NES的弹簧刚度与增加被控框架质量来改变框架动力学特性的方法以检验NES宽频控制的效果。试验结果表明NES有较好的宽频控制效果，即使其刚度偏离优化值或被控对象动力学特性发生一定改变，NES依然能发挥较好的振动控制作用。

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一种单自由度体系解析解及其在车桥动力分析中的应用

杜宪亭，乔宏，夏禾, 王少钦

振动与冲击. 2017, 36(7): 34-38.

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假定相邻时刻之间荷载线性变化，推导出低阻尼单自由度振动体系的解析解，在此基础上给出了相应的车桥动力相互作用系统建模及求解流程。系统模型分解为车辆、桥梁两个子系统，基于部件刚体假定和达朗贝尔原理推导车辆子系统运动方程，采用有限元法建立桥梁子系统模型。借助于振型叠加法将两个子系统运动方程解耦，车辆子系统非正交阻尼部分的影响以及两个子系统间的动力相互作用均按非线性虚拟力处理。以一节4轴客车匀速通过32m简支梁为例，分别采用本文所提出的解析解法、Newmark-β法以及高斯精细积分法进行动力分析。结果表明：相对于Newmark-β法和高斯精细积分法，解析解法不仅具有高精度特点，能显著提高计算收敛的积分步长，同时又能避免计算复杂的指数矩阵，具有良好的工程适用性。

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基于多点噪声分析的离心泵早期汽蚀故障诊断

周云龙吕远征

振动与冲击. 2017, 36(7): 39-44.

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本文提出了一种多点噪声分析法研究汽蚀故障下的离心泵噪声，总结其规律并应用到故障诊断当中。将多个单指向性麦克风附着于泵体的不同部位采集信号，通过多种矩阵的奇异值分解提取高品质的水动力噪声，根据Lighthill声学理论，水动力噪声详细的反映着测点处的流场变化。出于加快计算速度、降低内存的考虑，利用二代小波提取各点噪声能量谱，并将所有测点的敏感频带共同组成特征向量以训练BP神经网络。经诊断测试，多点噪声法快速、稳定且诊断成功率达到93.5%，证明比传统噪声诊断法更适合工业用途。

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具有约束层阻尼旋转复合材料轴的动态特性研究

时玉艳，任勇生，张玉环

振动与冲击. 2017, 36(7): 45-56.

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复合材料驱动轴在高速旋转下的振动抑制，是先进直升机和汽车传动系统结构设计需要考虑的重要问题。约束层阻尼技术是工程领域内普遍采用的实用有效的阻尼减振设计方法。然而通过采用约束层阻尼处置方式增加复合材料传动轴的阻尼能力的研究报道，目前国内外很少见到。本文从应力-应变关系、应变-位移关系出发，推导出复合材料Timoshenko轴、约束层与粘弹性层的动能及势能的数学表达式，采用 Hamilton原理建立具有约束层阻尼的旋转复合材料轴的运动学方程。采用广义Galerkin法对动力学方程进行了离散化，建立了广义坐标表示的自由振动方程组，通过特征值求解得到系统的固有频率和阻尼比。基于比例阻尼假设和四阶Runge-Kutta数值积分方法求解上述方程，得到系统的自由振动响应曲线。通过数值分析揭示了约束层材料、粘弹性层材料、铺层方式、长径比和转速对具有约束层阻尼的旋转复合材料轴的固有振动特性以及自由振动响应特性的影响。

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基于VPMELM的滚动轴承劣化状态辨识方法

郑近德1，潘海洋1,2，童宝宏1，张良安1,2

振动与冲击. 2017, 36(7): 57-61.

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针对变量预测模型模式识别方法（VPMCD）仅仅包含几种简单数学模型的问题，所建立的预测模型不足以反映特征值之间的复杂关系。极限学习机（ELM）回归模型是一种复杂且被广泛应用的模型，其模型可以反映特征之间的相互关系。因此，结合极限学习机回归模型和VPMCD方法的优点，提出了一种基于极限学习机的变量预测模型（Variable predictive mode based Extreme Learning Machine， VPMELM）模式识别方法，并将该方法应用于滚动轴承劣化状态实验中。实验表明，基于VPMELM的辨识方法可以有效地对滚动轴承的劣化状态进行识别。

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基于3-RPC并联机构的三维振动隔离系统的动力学建模与控制研究

赵伟1，陈伟1，李兵2

振动与冲击. 2017, 36(7): 62-69.

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基于车体振动的特点提出了一种应用于车载设备的三维隔振系统，建立了该系统的半主动模糊最优控制模型，并通过实验验证了该多维隔振系统的性能。该系统通过使用磁流变(MR)阻尼器与弹簧组成的隔振子系统代替3-RPC（旋转副-平移副-螺旋副）并联机构中的驱动器实现空间三维振动隔离。控制模型结合了"H" _"∞" 状态反馈控制方法和MR阻尼器的工作原理得到阻尼器的可输出控制力，并通过模糊模型计算得到MR阻尼器的输入电流。最后设计制造了一套振动隔离实验平台，并采用正弦信号和随机信号进行振动实验完成了对平台的隔振性能的验证。通过测量上平台的振动加速度表明此隔振系统具有良好的隔振效果。

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输电塔线体系断线非线性动力分析

李妍1,2，刘红军1,2，李正良1,2，葛绪章3

振动与冲击. 2017, 36(7): 70-79.

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以某500kV高压输电线路为研究对象，建立了三塔四线输电塔-线体系精细化有限元模型，在考虑跌落导地线与地面碰撞接触基础上，对其进行了不同断线位置以及不同断线根数的隐式非线性动力分析。结果表明：断线点位置对断线瞬间的冲击作用影响较小；断线后断线一侧张力衰减系数随着导线挂点位置增高而单调递减；未断线一侧张力衰减系数随着挂点位置增高先减小后增大；耐张塔张拉作用系数远大于直线塔；耐张塔的断线动力放大系数在1.1~1.5之间。在断多根线的最不利工况下研究了耐张塔的扭转破坏和弯曲破坏两种失效模式。

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周期矩形轮廓声学散射体的散射性质预测算法及其应用研究

王海涛，曾向阳，杜博凯，刘延善

振动与冲击. 2017, 36(7): 80-85.

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具有周期排列形式的散射体是建筑声学中一种常见的声学扩散结构，针对各种室内环境中最为常见的周期矩形轮廓散射体，基于光栅方程发展了一种散射性质预测算法，并利用此方法对矩形轮廓散射体的散射性质进行了预测及分析。首先详细介绍了预测算法的推导过程，此算法仅利用散射体的几何参数及入射波参数即可计算各个阶次反射波的能量，从而对散射性质进行预测；然后，通过对不同算例散射系数的计算及对比证明了预测算法具有良好的正确性及计算效率；最后，利用预测算法对周期矩形轮廓散射体的散射性质进行了分析，分析表明其具有缺级散射、对称散射性质，这些性质不但可以使周期矩形轮廓散射体在室内声学扩散问题中得到更加合理的应用，还使其有潜力在其他领域，如噪声控制、空间滤波等问题中发挥重要的作用。

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基于速度反馈控制的自激振动特性研究

冯伟，宋汉文

振动与冲击. 2017, 36(7): 86-91.

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工程中自激振动常被作为不利因素而加以抑制，然而在振动能量捕获等振动利用研究中，自激振动也有振幅响应大、抗干扰能力强等优点，利用自激振动作为振动驱动将具有极大的优势。论文以悬臂梁为研究对象，通过模态参数与测点组合条件，导出了基于速度反馈控制下各阶模态的变化模式，得到了产生自激振动的数值判据，并对单模态进入自激振动以后的非线性极限环现象进行了讨论。通过理论建模、数值仿真和控制实验及数据处理，验证了本文的正确性，并得到了一些有趣的结论。

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基于大涡模拟考虑叶片停机位置大型风力机风振响应分析

柯世堂1,2 余玮1,2 王同光2

振动与冲击. 2017, 36(7): 92-98.

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为研究停机状态下不同叶片位置对大型风力机塔架-叶片体系风振响应的影响，以某3MW大型水平轴三叶片风力机为研究对象，首先基于大涡模拟（LES）方法对叶片八个不同停机位置下的风力机体系流场和气动力性能进行了数值模拟，并通过与国内外实测数据对比验证了本文方法的有效性；然后结合有限元方法对考虑叶片不同停机位置的风力机塔架-叶片耦合模型进行了动力特性和风振响应时域分析。主要结论为：不同叶片停机位置对风力机塔架绕流特性和气动力分布影响显著，塔架中上部风振响应受叶片不同停机位置的影响最大，尤其是迎风面和背风面的脉动位移均方差响应较大，相应最大值出现在工况八下塔顶350°位置；最大塔底弯矩出现在工况二的环向330°位置，工况五下三叶片叶尖顺风向位移响应峰值达到2.5m以上。研究表明在进行大型风力机抗风设计时应考虑不同叶片停机位置的影响。

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机翼跨音速风洞颤振试验模型的计算分析

陈千一，窦忠谦，周铮，章俊杰

振动与冲击. 2017, 36(7): 99-103.

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以某民机机翼跨音速颤振模型为研究对象，采用N-S方程求解固定边界流场的气动力，简化的跨音速小扰动方程求解运动边界流场的气动力，结合结构动力学的模态分析结果进行颤振特性分析。模型风洞试验前完成所有计算工作，试验后通过比较表明，计算结果与试验结果吻合：（1）颤振频率一致；（2）颤振速度随马赫数的变化趋势一致；（3）跨音速凹坑的底部位置一致；（4）颤振速度的偏差最大不超过10%，且在马赫数0.60和0.70处，偏差小于1%。由此可见该计算方法的计算精度高，可以用于风洞试验结果的预判，提升风洞试验结果的可信度和风洞试验的效率，也可以作为民机适航符合性验证的一种手段。

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一种机械振动信号的结构化随机测量矩阵构造方法

郭俊锋，施建旭，魏兴春，雷春丽

振动与冲击. 2017, 36(7): 104-109.

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针对压缩采集在机械振动信号采集的过程中，现有随机测量矩阵不易硬件实现、确定性测量矩阵重构误差较大的问题。将高斯序列的优点和循环原理的优点相结合，提出一种高斯分布循环测量矩阵，其是一种结构化随机测量矩阵。首先，高斯分布循环测量矩阵的第一行元素由服从高斯分布的序列生成，通过循环移位生成剩余的所有行向量；然后，随机取出除第一行的其他所有行的部分元素，每个元素再乘不同的随机数或者同一个随机数，并放回原位置；最后，基于高斯分布循环测量矩阵得到的机械振动信号压缩测量值采用正交匹配追踪算法对原始振动信号进行重构。高斯分布循环测量矩阵的所有元素的随机性可以满足测量矩阵对随机性的要求，循环原理的内在确定性又可以满足测量矩阵硬件实现的要求。仿真表明：高斯分布循环测量矩阵的感知性能略优于与高斯矩阵的性能，整体上基本相当。

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深孔台阶爆破近区利用Anderson模型预测振动效应的修正方法研究

韩亮1，梁书锋1，刘殿书1，辛崇伟2

振动与冲击. 2017, 36(7): 110-115.

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在深孔台阶爆破近区利用Anderson模型进行波形叠加过程中，为了消除群孔脉冲序列及冲激响应存在的偏差，提出了预测振动效应的修正方法。按照不同间隔时间构建多种群孔脉冲序列，与冲激响应遍历进行卷积运算后，找出与实测波形最吻合的一组作为最优置信水平下的群孔脉冲序列；同时，基于主频衰减规律，以各炮孔至测点距离与基孔距离的接近程度作为确定冲激响应的方法。将其植入Matlab编制的预测程序对某次爆破振动效应进行预测，结果表明，修正后预测波形与实测波形的相似度提升显著，振速预测偏差由83%~130%下降到0~39%，预测精度得到明显改善。

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基于样条无网格法的厚/薄压电功能梯度板动力分析

李双蓓1,2，吴海1，莫春美1

振动与冲击. 2017, 36(7): 116-122.

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在将板的挠度和剪切应变作为场变量的基础上增加考虑面内位移，采用样条无网格法建立了热环境下厚/薄压电功能梯度板动力分析新的计算格式。考虑功能梯度材料的物性参数随温度改变以及温度变化引起的面内力，讨论了压电FGM板在不同边界约束下材料梯度指数变化时，面内位移及面内力对热环境下压电功能梯度板的动力特性和动力响应的影响。分析结果表明，新建立的模型对厚/薄压电功能梯度板动力分析具有通用性和有效性，没有剪切闭锁现象，且计算效率和计算精度较高。

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基于故障特征系数模板的变转速滚动轴承故障诊断

程卫东,赵德尊,刘东东

振动与冲击. 2017, 36(7): 123-129.

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与恒转速相比，机械中普遍存在的变转速工作模式使滚动轴承的故障诊断更加困难。另外变转速条件下的常规方法—阶比分析存在误差以及计算效率方面的问题。因此，提出了基于故障特征系数模板的滚动轴承故障诊断方法。该方法主要包括以下六部分：(1)根据目标轴承的几何参数计算其故障特征系数以设定模板；(2)利用快速谱峭度滤波算法对滚动轴承振动信号进行滤波；(3)根据Hilbert变换以及短时傅里叶变换计算滤波信号的包络时频图；(4)通过峰值搜索算法从滤波信号的包络时频图中提取瞬时故障特征频率趋势线；(5)根据转速脉冲信号计算滚动轴承的转速曲线；(6)瞬时故障特频率与瞬时转频相比获取瞬时故障特征系数，进而通过故障特征系数模板实现滚动轴承的故障诊断。最后以变转速情况下的故障轴承仿真信号以及实测的外圈故障、内圈故障和健康轴承的振动信号为例验证了该算法的有效性。

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基于磁悬浮技术建筑物振动测量研究

江东, 单薏，刘绪坤，王德玉

振动与冲击. 2017, 36(7): 130-135.

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针对大型基建设备工作时产生的振动对周围建筑和环境的影响，设计了利用磁悬浮技术进行振动测量系统。建立了振子的动力学方程，证明了磁悬浮技术可实现绝对振动测量。对磁悬浮技术振动测量系统的自振和外加振动仿真及功率谱进行了分析。并实测了大型设备工作时产生的振动，得到其振动主频为5Hz左右的低频分量。分析表明，利用磁悬浮技术测振易于实现绝对式低频振动测量且灵敏度高。

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弯曲共振法共振峰“劈叉”现象研究

屈忠鹏盛美萍李孝朋郭寒贝

振动与冲击. 2017, 36(7): 136-140.

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使用弯曲共振法测量复合试件阻尼参数时，发现频响曲线有时会在共振频率附近产生“劈叉”现象，表现出两个峰值，与一般经验不符。建立了悬臂梁试件受到不同方向激励的耦合振动模型，通过信号合成复原了“劈叉”曲线，表明频响曲线在共振频率附近产生“劈叉”的原因是正交方向弯曲振动模态的干扰。提出了针对“劈叉”曲线的实验数据处理方法。利用阻尼层模量识别过程判断出“劈叉”曲线上两峰对应的振动方向，辨别主共振峰和干扰峰。进而分析了“劈叉”曲线干扰频率与幅度等对试件损耗因子识别精度的影响，结果表明：在主共振峰可辨条件下，使用弯曲共振法常规计算公式，即可得到相当准确的结果。本文研究可用于解决“劈叉”曲线数据处理的难题。

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城市高架匝道桥部分隔震体系地震响应分析

张菊辉1 梁磊1 管仲国2

振动与冲击. 2017, 36(7): 141-148.

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针对城市高架匝道桥，提出仅在矮墩上设置隔震装置的部分隔震设计方案。以上海嘉闵高架某直线匝道桥为例，系统对比了“完全延性”、“完全隔震”与“部分隔震”体系下的结构地震响应。结果表明，相比“完全延性”设计，将固定墩改为活动墩的“部分隔震”设计，能有效降低纵向固定墩的地震强度和变形需求近70%，减小过渡墩伸缩缝的变形需求约21%~34%，降低主梁横向的地震动加速度约20%~39%；同时相比“完全隔震”设计，在墩底内力响应、支座变形以及伸缩缝变形方面基本相当。此外，固定墩改为活动墩的“部分隔震”设计，相较仍设固定墩的“部分隔震”设计，能显著降低纵向固定墩的地震响应以及主梁的纵向地震加速度近56%与38%，具有相对更优的性能。

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直筒-锥段型钢结构冷却塔平均风荷载及静风响应分析

柯世堂1 杜凌云1 刘东华2 马兆荣2

振动与冲击. 2017, 36(7): 149-155.

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作为一种新颖的典型风敏感结构，直筒-锥段型钢结构冷却塔的动力特性和风致受力性能亟待研究。以国内拟建的某超大型钢结构冷却塔（189m）为例，首先基于有限元方法分别建立主筒、主筒+加强桁架、主筒+加强桁架+附属桁架（铰接）、主筒+加强桁架+附属桁架（固接）四种钢结构冷却塔模型，并对比分析其动力特性及传力路径；然后基于计算流体动力学（CFD）技术进行直筒-锥段型冷却塔表面平均风荷载数值模拟，最后分别加载规范和数值模拟风压对四种模型进行风致响应分析，对比研究增设加强桁架、附属桁架及与主筒和地面不同连接方式对直筒-锥段型钢结构冷却塔动力特性和静风响应的影响。主要研究结论可为我国此类超大型钢结构冷却塔的结构选型和抗风设计提供科学依据。

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大跨度桥梁脉动风场模拟的插值算法

祝志文1,2 黄炎1

振动与冲击. 2017, 36(7): 156-163.

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为减少谐波合成法中功率谱矩阵分解的计算量，基于双索引频率和谱矩阵特点，提出了谱解矩阵双轴插值算法和递归插值算法。两种方法均使风场模拟计算效率大幅度提高，且得到的模拟风场均与传统谐波合成法在统计意义上相符。研究了插值节点数量及分布形式对风场模拟的影响，认为在谱解矩阵的频率轴向采取前密后疏分段插值，双索引频率轴向采用均匀分布插值节点的形式，更适合于风场模拟。通过对一实际大跨度桥梁风场的模拟，验证了方法的有效性。

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微幅晃动下考虑地基效应的矩形贮液结构动力响应研究

程选生，景伟，李国亮，李德，马亮

振动与冲击. 2017, 36(7): 164-170.

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一般情况下矩形贮液结构通过底板直接坐落在地基上，有必要在考虑地基效应的基础上研究其动力特性。定义了微幅晃动波高限值，建立了矩形贮液结构的简化模型。采用人工边界模拟地基效应，建立了有限元计算模型，对比了两类模型对应的晃动波高以验证简化模型的合理性，基于势流理论在微幅晃动范围内研究了不同边界条件、不同地震波和不同地震加速度幅值下矩形贮液结构的动力响应。结果表明，两类模型得到的晃动波高趋势一致，且最大晃动波高相差较小。在微幅晃动范围，液体最大晃动波高和地震加速度幅值成线性关系，考虑土-结构相互作用后，壁板水平位移、壁板有效应力和液体晃动压力有较大程度的的减小，而地基效应对液体晃动波高影响很小。

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基于STUKF的非线性结构系统时变参数识别

杜永峰1,2，张浩1，赵丽洁1，李万润1

振动与冲击. 2017, 36(7): 171-176.

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针对非线性结构系统时变参数识别问题，传统无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)难以有效跟踪结构参数的变化。将强跟踪滤波原理引入无迹卡尔曼滤波，提出一种强跟踪无迹卡尔曼滤波(strong tracking unscented Kalman filter，STUKF)算法，以识别结构参数的变化。首先，在UKF量测更新后，依据输出残差计算渐消因子矩阵；其次，引入两个渐消因子矩阵实时调整状态预测协方差矩阵，使残差序列强行正交，快速修正结构参数估计值，使STUKF具有对结构参数变化的跟踪能力。此外，为节省计算时间，调整状态预测协方差矩阵后不再进行sigma点采样，保证了算法的高效性。数值分析结果表明，该算法能有效识别非线性结构系统的参数及其变化，并具有较强的抗噪性。

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45度大倾角倾斜柔性圆柱涡激振动不相关原则实验验证

徐万海，马烨璇，杜杰，罗浩

振动与冲击. 2017, 36(7): 177-183.

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涡激振动是诱发海洋立管、海底管道与海洋风机系泊缆线等细长柔性圆柱结构疲劳损伤的重要因素。已有研究大多关注结构轴向与来流垂直的情况，实际的海洋工程中，圆柱结构轴向与来流并不完全垂直，存在一定倾斜角度。针对这种复杂的情况，倾斜圆柱涡激振动的不相关原则被提出，即假定倾斜圆柱涡激振动与来流速度在结构轴向的垂直方向投影分量引起的垂直圆柱情况等价。然而，不相关原则的正确与否至今仍然存在争议。本文为了论证倾斜柔性圆柱涡激振动不相关原则的正确性，设计了室内模型实验，开展了长径比为350，倾角为45o的倾斜柔性圆柱涡激振动实验，采用应变传感器测量结构应变信息，运用模态分析法对实验数据进行处理。通过倾斜圆柱与垂直圆柱的实验结果对比，发现在控制模态转化区域，倾斜圆柱更容易被激发高阶模态，同时倾斜圆柱与垂直圆柱在测点处的应变和位移差异较大，并均出现高频特征。最终得出了较大倾角状态下倾斜柔性圆柱涡激振动不相关原则不成立的结论。

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一种车载设备的低频水平减振方法

杜宁,2，胡明勇3，毕勇4,朱庆生1

振动与冲击. 2017, 36(7): 184-190.

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针对大型车载光电设备0~20Hz低频段振动,综合考虑承载能力及车内空间，基于准零刚度系统隔振原理,提出了一种新的低频水平方向隔振方法.将一种新型的负刚度机构并入正刚度的弹簧,组成正负刚度并联的新构型隔振系统.通过对隔振系统的基本原理和动力特性进行理论分析,得到了系统处于平衡位置时的零刚度条件.并对加入了新型隔振系统的车载光电设备振动响应进行了模态仿真.理论分析和仿真结果表明,此新型准零刚度水平隔振系统在不改变承载能力的情况下,降低了固有频率,对于低频隔振有明显的效果.可将0~20Hz频率范围内的振动幅值降低96.67%左右.最后,通过对装有该隔振系统的车载仪器的性能进行测试，可验证该隔振系统对车载设备的隔振效果非常明显.

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预裂缝对爆破振动频谱分布特征的影响

饶宇1,2，夏元友2，胡英国1，赵根1，吴新霞1

振动与冲击. 2017, 36(7): 191-198.

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预裂孔首先起爆形成贯通预裂缝对随后主爆孔爆破的振动频谱特征和能量分布产生重大影响。依托金沙江白鹤滩水电站左岸坝肩边坡开挖爆破试验，通过对预裂孔爆破和主爆破（主爆孔+缓冲孔）的振动信号进行小波包分析，获得预裂孔爆破和主爆破的功率谱和能量谱，通过对比发现：爆破振动的能量主要集中于40Hz以内且分布极不均匀，存在多个主振频带。而在同一次爆破试验中，不同测点预裂孔爆破的主振频带比主爆破的主振频带分布更广，主爆破的主振频带集中于低频段，并且主爆破的能量和功率向低频的主振频带集中，反映出预裂孔爆破形成的预裂缝能很好地阻挡主爆破能量的传播，并存在高频滤波效应，频率较高、波长较短的振动应力波被预裂缝过滤，而频率较低、波长较长的应力波能更好地穿透预裂缝。

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有界不确定结构基于最小二乘支持向量机回归的动力特性分析方法

莫延彧1, 郭书祥2, 唐承2

振动与冲击. 2017, 36(7): 199-207.

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针对不确定结构的动力特性分析问题展开研究，考虑仅已知结构参数变量变化范围的情况，建立不确定参数变量的区间模型。对不确定变量在其取值范围内进行改进的均匀试验设计抽样，并基于确定结构动力特性分析的有限元法和模态叠加理论，提出改进均匀试验设计抽样模拟方法；考虑到该算法计算效率较低，对其进行改进并提出基于最小二乘支持向量机回归的模拟方法，算法在不改变样本点数量的前提下，引入了支持向量机回归代理模型，用训练后的代理模型对不确定结构的动力特性进行了模拟分析。算法通过两个数值算例验证了其有效性。

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随机振动响应下空间相机支撑结构设计与试验

李林1，2，王栋1,3，孔林1,3，谭陆洋1,2，杨洪波1

振动与冲击. 2017, 36(7): 208-212.

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针对某高分辨率空间相机结构随机振动加速度响应大的问题，对空间相机支撑结构进行了优化设计。首先，建立了基于随机振动响应分析的数学模型，推导了随机振动均方根响应表达式。然后，基于三点定位原理和双脚架柔性结构原理设计了相机支撑结构，以相机安装点RMS值最小为目标，基频作为约束，建立了相机支撑结构随机响应优化模型，对支撑结构柔性环节位置进行了尺寸优化设计。采用MSC.Patran&Nastran有限元分析软件对优化处理后的支撑结构进行了工程分析，相机安装点随机响应RMS值最大19.6grms。最后，对相机支撑结构进行了随机振动试试验，结果显示：有限元分析结果与试验测量数据符合的较好，最大相对误差为8.2%，所设计的空间相机支撑结构满足空间相机使用要求，验证了所采用优化方法的可行性。

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V型贴片式直线超声电机的结构优化设计

杨模尖，姚志远，李响，严晓辛

振动与冲击. 2017, 36(7): 213-218.

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设计了一种一端铰支的V型直线超声电机，旨在找到一种输出效率更高、更利于小型化的定子结构。首先，利用有限元软件分析了定子不同结构参数对模态一致性和驱动足处振幅的影响规律。基于结构参数的灵敏度的分析，对定子结构进行了优化设计。然后，制作了45°、60°和90°三种不同角度的定子，并开展了电机机械特性的实验研究。实验结果表明，相对原有的U型电机，V型电机的模态一致性更好，输出速度和输出力有很大提高。在夹角为90°、激励电压为300Vpp、预压力为40N时，电机空载速度提升了66.8%，负载能力提升了55%，最大空载速度达到784mm/s，最大输出力达到14N，推重比达70。研究表明：夹持元件与定子一体化设计和一端铰支的夹持方式简化了电机的结构，有利于直线超声电机的小型化；V型定子夹角为90°时，综合输出性能及稳定性更好。

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不同拉伸速率下钢材损伤的声发射监测评价

龙小江1,2，李秋锋1,2，何才厚3，吴琼1，陈果1

振动与冲击. 2017, 36(7): 219-225.

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钢材已成为生产的基本材料，被广泛应用于各行业，目前还没有对其进行损伤动态监测的有效方法。本文采用声发射技术对钢材Q235在不同的拉伸速率下进行损伤动态监测试验研究，首先通过试验获取了不同拉伸速率时材料的弹性、屈服、强化、颈缩和断裂各个力学行为阶段声发射信号并提取各个特征参数；然后通过各个特征参数累积量历程图归一化曲线对钢材拉伸损伤过程进行评价，发现特征参数累积量历程图归一化曲线可以明显反映出钢材拉伸整体演变过程及各个力学行为阶段特征，并且随着拉伸速率的减小，在屈服阶段的结束端点出现更为明显的突增量，可作为表征屈服阶段和强化阶段的重要转折点。最后，结合拉伸力学，对各个力学行为阶段声发射信号的产生机制和特征进行总结，可为钢材后期声发射信号源的产生机制以及后期损伤定量、寿命预测的研究提供参考了依据。

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基于原型测量的极地航行船舶船体冰载荷分析

刘瀛昊1，佟福山1，高良田1

振动与冲击. 2017, 36(7): 226-233.

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船体与海冰碰撞引起的冰载荷一直是破冰船领域研究的重点。本文根据S.A. AgulhasⅡ号极地科考补给船在南极海域的原型测量数据，利用影响系数矩阵法和反演法对船体艉肩部的冰载荷进行分析。通过肋骨上不同应变传感器测得的剪应变，在MATLAB中利用系数矩阵转换，得到了不同肋骨上的冰载荷。通过建立艉肩部有限元模型，采用两种不同的离散方式对载荷区域进行离散，并利用Thickhonov正则化求解反演方程，得到外板的冰载荷分布。本文克服了数据处理过程中解的不适定性，两种方法得到的计算结果也极为相近。

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大跨度悬索桥主引桥碰撞效应振动台试验及数值研究

闫聚考1，2 李建中2 彭天波2 王军文3

振动与冲击. 2017, 36(7): 234-240.

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为了研究大跨多塔连跨悬桥与引桥间的碰撞效应，以泰州长江公路大桥为背景，设计并制作1/40缩尺比例模型，进行了全桥振动台模型试验。主桥采用中塔与主梁间无连接的纵向约束结构体系，边跨梁每幅采用2个固定支座和4个聚四氟乙烯滑板支座，初始伸缩缝间隙为3 mm，试验分别测试了3条地震波下主引桥间的碰撞响应。振动台试验表明，主桥与引桥相互靠近运动时，主引桥间的碰撞会减小引桥梁位移及固定墩内力的需求；当主桥追逐引桥运动时，主引桥间的碰撞会增大引桥梁位移及内力的需求。数值模拟结果表明：采用SAP2000商业软件组合kelvin单元，接触刚度取引桥梁轴向刚度的0.2倍时，能较好的模拟试验结果。接触刚度取值可为相似桥梁碰撞效应模拟提供试验参考。

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考虑弹性振动的高超声速飞行器预设性能控制

赵贺伟，胡云安，杨秀霞, 梁勇

振动与冲击. 2017, 36(7): 241-247.

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针对弹性高超声速飞行器纵向短周期系统，提出一种基于预设性能的backstepping控制器设计方法。将弹性模态作为系统的不确定性，利用全局调节动态神经网络进行在线逼近，引入鲁棒项处理神经网络估计误差带来的影响；将预设性能控制与backstepping技术相结合，引入性能函数的概念，利用误差转化函数将原受限系统转化为等价的非受限系统，然后基于Lyapunov理论设计全状态预设性能backstepping控制器，保证了高超声速飞行器纵向短周期系统误差全状态满足预设的瞬态和稳态性能，理论分析证明了系统的稳定性和闭环系统所有信号均有界，最后仿真分析验证了提出方法的正确性。

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双吸离心泵正反转工况流致振动噪声研究

王春林1，罗波1，夏勇1，曾成1,叶剑1

振动与冲击. 2017, 36(7): 248-254.

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为了深入了解双吸离心泵运行的振动噪声规律，以某一双吸式离心泵为研究对象，基于声学间接边界元法(IBEM)，采用LMS Virtual-Lab分析计算平台，进行基于泵壳模态的强迫振动响应计算。然后根据泵壳模态强迫振动响应计算与声学间接边界元的声学波动方程求解耦合方程，得到双吸泵在液力透平工况和泵工况下外辐射声场的声压级指向分布和声压级分布。结果表明：偶极子声源是流体噪声的主要声源；在蜗壳隔舌处非定常脉动力是主要的噪声源；叶频及其倍频是双吸泵外辐射声场噪声的主要诱导频率；泵壳发生了共振，所以声振耦合的作用不可忽略。揭示了双吸泵作液力透平及泵工况内部流动诱发的外辐射声场的声振耦合计算规律，为后续减振降噪研究提供了理论基础。

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基于单孔爆破的节理裂隙减振模型试验研究

潘长春，徐颖，宗琦

振动与冲击. 2017, 36(7): 255-261.

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在复杂环境的城市地下工程进行爆破开挖，对青岛地铁控制爆破振动危害提出了极高标准。文中主要基于考虑富含天然裂隙岩石地质条件下，通过模型试验研究了岩体裂隙对爆破振动波传播规律的影响。试验结果表明，岩体裂隙的存在阻碍了爆破振动波的传播，明显降低了爆破振动效应，当提高装药量时，爆破振动效应就越强且趋势变快，爆破振动频率也越靠近建筑物固有频率。当裂隙深度发育越深时，爆破振动效应就越弱，可裂隙深度过大，降低爆破振动效应程度并不明显；同时裂隙深度的发育，对各向爆破振动频率影响趋势基本一致，表现出波动性极小。波形频谱表明单孔爆破试验中爆破振动信号波形简单，振动峰值和频率单一。

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钢筋混凝土柱式墩落石冲击抗剪性能可靠性分析

周晓宇, 马如进, 陈艾荣

振动与冲击. 2017, 36(7): 262-270.

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建立一种基于可靠度理论的落石冲击作用下钢筋混凝土柱式桥墩抗剪性能可靠性分析方法。在数值分析方法可靠性验证基础上通过非线性有限元分析生成了60组落石-墩柱接触力时间过程数值样本，考虑等冲量和等峰值建立落石撞击荷载的简化半波正弦模型。以Priestley公式描述墩柱抗剪能力，以剪力破坏参数定义墩柱损伤等级，通过蒙特卡洛随机抽样得到各撞击强度下结构失效概率，进而得到易损性曲线。进行了落石质量、撞击速度、墩柱截面面积、混凝土轴心抗压强度和箍筋配筋率参数敏感性分析。结果表明，本文数值模型参数能够有效模拟钢筋混凝土构件落石冲击响应；相比于全局平均等效静力，峰值等效静力方法更适用于落石冲击荷载等效静力简化；落石质量和撞击速度增加不同程度增加墩柱抗剪失效概率，混凝土轴心抗压强度提高、墩柱截面面积增加和箍筋加密一定程度上降低墩柱各个等级损伤发生概率。

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2017年, 第36卷, 第7期　
刊出日期：2017-03-25

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