振动与冲击

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罗振源1,闫维明1,许维炳1,周大兴2

振动与冲击. 2018, 37(10): 1-7.

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为了研究颗粒阻尼器在长周期桥梁结构中的减震控制效果及其减震机理，以某典型的非对称独塔自锚式悬索桥为原型，设计制作了该桥的1:20缩尺模型，并设计制作了可用于试验模型的多层隔舱式颗粒阻尼器，对设置颗粒阻尼器前后的模型桥进行地震模拟振动台阵试验。试验结果表明：所提出的多层隔舱式颗粒阻尼器在试验中未出现颗粒堆积现象，其对缩尺模型桥主梁的纵向地震响应具有良好的减震效果，能较大幅度降低主梁位移峰值响应和加速度均方根响应；该型阻尼器能显著增加主梁纵向振动（低频振动方向）的等效阻尼比，且对其纵向振动基频具有较显著的调谐作用；多层隔舱颗粒阻尼器能有效控制长周期桥梁的低频动力响应，可应用于长周期工程结构的减震控制中。

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超声铣削C/C复合材料铣削力的理论建模

高国富，胡二娟，向道辉，赵波

振动与冲击. 2018, 37(10): 8-13.

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在平面立铣刀轴向施加纵向超声振动，对超声铣削C/C复合材料的铣削力进行解析。考虑C/C复合材料的层状结构模型和立铣刀的几何模型，以及铣削加工中铣刀旋转为主运动的运动特征，运用斜角切削理论、等效平面和二维正交切削圆的理论对超声振动辅助铣削C/C复合材料的铣削力进行建模，获得了超声铣削中的等效平面角的变化规律。并通过数值模拟与实验讨论了超声辅助铣削加工C/C复合材料的实验时随刀具旋转角度变化的铣削力特征。实验结果表明：铣削力的理论曲线的波形变化趋势与实际测得的铣削力的趋势一致。

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基于振动时频图像全局和局部特征融合的柴油机故障诊断

牟伟杰1.2，石林锁1，蔡艳平1，郑勇1，刘浩1

振动与冲击. 2018, 37(10): 14-19.

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提出了一种基于振动时频图像全局和局部特征融合的柴油机故障诊断方法。该方法首先采用平滑伪维格纳分布（SPWVD）方法生成柴油机振动时频图像，然后分别用核主元分析（KPCA）和局部非负矩阵分解（LNMF）方法提取时频图像的全局和局部特征进行融合，并用独立分量（ICA）分析方法对融合后的特征进行降维，最后对降维后的融合特征进行分类完成对柴油机的故障诊断。试验结果表明，基于振动时频图像全局和局部特征融合的柴油机故障诊断方法，能够准确诊断柴油机的气门故障。

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不同边界条件下高速旋转带篦齿薄壁短圆柱壳的行波共振特性研究

王宇1，于晓光1，罗忠2，解志文1

振动与冲击. 2018, 37(10): 20-26.

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基于传递矩阵法研究了不同边界条件下高速旋转带周向篦齿薄壁短圆柱壳构件的行波共振特性。首先，基于Love 壳体理论，考虑离心力、科氏力和惯性力的影响，建立了旋转态薄壁圆柱壳的振动微分方程；然后，引入传递矩阵法，通过壳体子段间的状态向量推导得到了整体结构的传递矩阵关系式；最后，在简支-简支、固支-固支、固支-简支、固支-自由和简支-自由五种边界条件下，通过高精度的精细积分法进行求解，得到了构件的行波共振特性。算例结果表明，在固支-自由边界条件下第1阶模态振动发生在(1,3)阶，而在其它边界条件下第1阶模态振动发生在(1,4)阶，而且边界条件不同时前六阶模态分布规律也不同，但均以周向模态的振动为主；在3×104 r/min转速范围内，随着转速的逐渐增加，由于科氏力作用引起后行波频率大于前行波频率；同时，不同的边界条件对共振特性的影响不同，在工作转速附近行波频率线与激振频率线K=1或K=2相交，出现了共振裕度小于10%的共振转速点，共振裕度数值越小越容易引起对应阶次的共振，应采取措施避免共振现象的发生。

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装药结构对切缝药包爆破效果影响的研究

岳中文，张士春，邱鹏，李站飞，原凯

振动与冲击. 2018, 37(10): 27-34.

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为了研究装药结构对切缝药包爆破效果的影响，采用新型数字激光动态焦散线测试系统和数值模拟相结合的方法，对比分析了切缝管内耦合装药与不耦合装药方式下切缝药包的冲击动力学行为和爆生裂纹的动态力学行为。研究结果表明：切缝药包定向爆破效果显著，爆生主裂纹的扩展形式以拉伸断裂模式为主，爆生气体的楔入作用是裂纹持续扩展的重要驱动力；切缝管和透射压力波均对孔壁造成冲击破坏，在炮孔周边产生与切缝方向成一定角度的“X”交叉型次裂纹和微小的密集裂隙区，耦合装药比不耦合装药所成角度更大，裂隙数量更多；采用不耦合装药结构爆破时，爆生主裂纹的扩展距离更长，扩展速度和动态应力强度因子更大；数值模拟结果显示，不耦合装药结构使得爆轰波对炮孔壁的冲击作用降低，爆生气体的准静态作用加强。与耦合装药相比，能够增大试件在切缝方向的应力集中程度，提高爆生主裂纹的断裂力学参数。

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基于层约束叶片的核主泵空化特性与动力学特性研究

朱荣生，蔡峥，王秀礼，卢永刚，陈宗良，付强，钟伟源

振动与冲击. 2018, 37(10): 35-42.

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为研究瞬态空化工况下CAP1400核主泵动力学特性，本文基于层约束设计方法对叶轮叶片进行优化设计，保证空化汽泡不会阻塞叶轮流道使得产生在后盖板附近的气泡不至快速向前盖板方向发展，即将汽泡发展约束至不同层内。基于雷诺平均动量方程和SST k-ω湍流模型，通过CFX软件对核主泵空化瞬态过程进行定常和非定常数值计算，得到最优层约束叶片模型和空化发展过程中叶轮的瞬态轴向力与径向力变化，对时域信号进行快速傅里叶得到轴向力与径向力的频域特性。模拟结果分析表明：层约束叶片设计在小流量工况时能够有效改善提升泵在小流量工况时的水力效率，而保持其在额定工况区域水力保持效率基本不变；空化瞬态过程叶轮所受轴向力指向叶轮进口，受空化汽泡带来的叶片表面面压力差变化的影响较大；叶轮瞬态径向力合力周向分布规律不受空化程度的影响，而与泵本身的运行状态有关；核主泵在低频范围内径向持续振动明显强于轴向振动，且伴随空化的加剧愈加显著。

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灌浆套筒密实度的超声波检测方法

姜绍飞,蔡婉霞

振动与冲击. 2018, 37(10): 43-49.

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为在施工中检测连接梁筋的灌浆套筒密实度，提高转配式建筑的组装质量与安全，理论推导了超声波首波（首先到达接收探头的波）传播路径，提出了基于t分布的超声概率判缺法，用于小样本抽样的灌浆套筒密实度检测。首先论证超声波检测灌浆套筒密实度的可行性，理论推导了超声波首波传播路径，利用超声波对测法采集声速，用t分布对采集到的声速统计算出灌浆密实与否的判断值，进行灌浆套筒密实度检测，并通过3种工况60个试件进行了所提方法的验证。试验结果表明：基于t分布的概率判缺法在减少抽样工作量的同时又不会降低缺陷判别效果，提高了检测效率。

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铝蜂窝填砂复合夹芯结构的低速冲击响应试验研究

罗伟铭1，石少卿1，孙建虎1, 刘盈丰2

振动与冲击. 2018, 37(10): 50-56.

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以防护结构设计为背景，提出一种铝蜂窝填砂复合夹芯结构。从理论角度对填砂蜂窝模型进行力学分析，通过落锤冲击试验，对不同芯层规格的试件在梯度能级冲击下的响应进行了对比，根据荷载、位移和挠度的变化规律和破坏模式得到以下结论：在低能级冲击下，蜂窝芯层较软的试件填砂后对于其结构强度和刚度的提升作用较为明显，同时，在铝蜂窝质量相同的前提下，优先选择蜂窝胞元较小、高度较低的蜂窝作为填砂复合夹芯结构的芯层，可提高结构比强（刚）度；在高能级冲击下，当芯层高度达到一定值时，变形挠度减小，破坏范围缩小为局部贯穿破坏，芯层填砂对结构抗冲击性能产生较为积极的影响。研究结果为铝蜂窝填砂复合夹芯结构在防护结构中的应用奠定了基础。

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IHB法在多自由度Bouc-Wen滞回非线性系统响应特性研究中的应用

赵倩1，刘子良2，姚红良2，闻邦椿2

振动与冲击. 2018, 37(10): 57-62.

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工程中常用Bouc-Wen模型来描述具有滞回特性的振动系统，此类系统是一种多值性的非解析系统，其动力学理论分析比较困难。由于Bouc-Wen滞回模型的微分形式，一般采用数值方法进行积分求解，但对于多自由度系统来说求解速度非常慢，且难以求得不稳定解。故提出将滞回力引入为一个增加的自由度，重新建立振动系统的微分方程，将增量谐波平衡(IHB)法推广至求解该类含Bouc-Wen模型的多自由度滞回非线性系统，并引入弧长法解决由迟滞非线性引起的跳跃和多映射现象。利用该法分析了一些滞回系统的响应特性，通过与数值方法进行精度和效率对比，体现了该方法的优越性。

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地铁车辆段新型隔振支座的减振效果研究

谢伟平，王政印，孙亮明

振动与冲击. 2018, 37(10): 63-70.

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针对地铁车辆段上盖物业存在的振动舒适度问题以及缺乏相应有效减振措施的现状，开发了一种新型隔振支座来减小竖向列车振动。首先介绍了支座的结构构造及特点，在理论上提出设计方法；然后以某地铁车辆段工程为背景，通过数值模拟，对比分析了上部结构在隔振前后的动力响应，并对支座的减振效果进行评价。结果表明：隔振后，上部结构除在竖向一阶自振频率5.44Hz和楼板局部模态频率16Hz附近出现振动放大现象外，在其他频段的振动均得到明显降低，且隔振结构的各层Z振级均小于原结构，最大差值达12.1dB；隔振支座对10Hz以上频段的减振效果显著，其1/3倍频程振级的插入损失达20dB，Z振级的减小量可达10dB。

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基于Hermitian小波有限元的叶轮叶片载荷识别

薛晓峰，陈雪峰，耿佳,张兴武

振动与冲击. 2018, 37(10): 71-79.

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针对复杂的离心式压缩机的叶轮叶片的载荷识别，提出了一种新的Hermitian小波壳单元。Hermitian小波壳单元代入逆Newmark算法构造激励载荷与响应信号的传递矩阵，从而进行载荷识别。通过响应信号与传递矩阵求解载荷。根据实验数据，Hermitian小波单元识别载荷的精度远远高于商业软件ANSYS。实际工程应用中，商业软件ANSYS可以分析复杂模型，而在关键区域可以采用Hermitian小波单元分析。

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盘绕式伸展臂非线性振动力学分析

樊鹏玄，陈务军，张祎贝，赵兵

振动与冲击. 2018, 37(10): 80-86.

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盘绕式伸展臂非线性振动特性决定加劲索的预应力取值及航天器的振动控制，文章采用几何精确理论与屈曲分析理论推导出静力条件下加劲索预应力取值范围，在此范围对盘绕臂的非线性振动进行计算。针对小幅非线性振动，考虑加劲索预应力的加载作用引发P-Δ效应的影响，采用特征值迭代法求解不同预应力下模态及频率，得到使盘绕臂自振频率最大的预应力值，总结出设计用的加劲索“频率-预应力-直径”参考面。针对大幅非线性振动，采用动力时程信号处理法，基于显式动力学积分获取盘绕臂大幅振动时程信号，结合快速傅氏变换（FFT）和随机子空间（SSI/data）两种方法，基于MATLAB平台编制时程信号处理程序，用于提取大幅振动的频率及模态。在动力时程信号中发现加劲索在大幅振动中的高频交替张弛使盘绕臂能量分布迅速达到动态平衡，从而使盘绕臂振幅迅速衰减。最后制作盘绕臂模型进行模态试验，测试的结果与计算结果基本吻合。

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斜拉桥的多重内共振及其耦合过程研究

孙测世 1,赵珧冰 2，康厚军 3，赵跃宇 3

振动与冲击. 2018, 37(10): 87-93.

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斜拉桥具有复杂的内共振特性，以往多是通过频率的倍数关系去研究多模态间的内共振，忽视了对耦合过程的研究。为研究其多重内共振及各模态相互耦合过程，进行了斜拉桥非线性动力学模型实验。实验观测到多重内共振及其导致的全桥大幅振动，发现当外激励频率约为长斜拉索固有频率2倍时，能激发其大幅“拍振”，且两个“拍频”之和正好等于外激励频率。通过分段分析和无相移滤波研究了各模态的相互耦合过程。研究表明：斜拉桥非线性模态频率低于线性模态频率；多重内共振需经历一定时间的耦合作用方能引发斜拉桥大幅稳态振动；强迫振动、局部-混合模态耦合振动和组合内共振同时发生是单频外激励能激发斜拉索“拍振”，且“拍频”之和等于外激励频率的根本原因。

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齿廓修形斜齿轮副啮合刚度解析计算模型

魏静，赖育彬，秦大同，王刚强，林小燕

振动与冲击. 2018, 37(10): 94-101.

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斜齿轮的轮齿误差是一个三维空间问题，其齿廓修形后啮合刚度的解析计算方法不同于直齿轮。改进了斜齿轮三维空间啮合线长度及位置计算方法，实现了斜齿轮啮合线长度及啮合位置的快速计算；根据力、变形分解原理和刚度/误差耦合关系，提出了一种考虑轴向变形以及齿廓修缘的斜齿轮啮合刚度解析计算模型；以一组斜齿轮副为例，研究了斜齿轮啮合刚度与啮合线长度在一个啮合周期内的变化规律，分析了不同齿廓修形参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律。研究结果表明：利用该模型不仅可以准确快速地计算斜齿轮副啮合刚度，而且还可以确定最佳齿廓修形量，为斜齿轮的齿廓修形提供理论指导。

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高体积优值系数振动能量采集器的设计与性能测试

任龙1，陈仁文1，Stephen Burrow2，夏桦康1，张笑笑1

振动与冲击. 2018, 37(10): 102-109.

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小尺寸振动能量采集器通常难以高效采集低频振动能量。为提高能量采集效率，设计了一种高体积优值系数磁电式能量采集器。采用集总参数等效磁路模型对其换能系统的部分结构参数进行了优化，以提高感应线圈运动区域中运动方向上的磁链梯度，通过有限元分析验证了解析模型和理论结果。最后分别制作了3台不同参数的样机进行实验。实验结果表明，振动激励频率22.5Hz、加速度幅值为100mg时，经过参数优化的振动能量采集器能够在匹配负载上输出0.748mW的平均功率，相应的体积优值系数达到了1.11%，优于其他两台样机在各自共振状态下的0.31%和0.77%。研究表明，通过合理优化磁电换能系统磁路，能够提高能量采集器的体积优值系数，是低频振动能量采集器小型化的一种实现途径。

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对称间隙下轧辊的横向振动特性研究

师建国1 孟辉1 2 毛君1

振动与冲击. 2018, 37(10): 110-116.

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基于广义Ｈertz接触理论，建立了含对称间隙的轧辊横向碰撞振动模型，采用四－五阶Runge-kuta法进行了数值求解，分析不同辊轧速度、辊轧量、间隙、导板安装刚度下的系统时域波形图、相图、庞加莱截面，研究了轧辊与导板间的非线性振动特性。结果表明：当频率比 =3、辊轧工作过程中的间隙d=0.04mm、无量纲参数T=13、导板安装刚度 = N/mm时，系统由碰撞逐步转变为粘滞振动运动状态；辊轧量和间隙对系统的非线性影响较大，辊轧量、间隙越大，系统的粘滞运动越明显；辊轧速度和导板安装刚度对系统的非线性影响较弱；系统在各参数可调范围内均处于混沌运动状态。

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提离式桩基础用于城市高架桥抗震之适用性分析

仲浩然，管仲国

振动与冲击. 2018, 37(10): 117-122.

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本文探讨了提离式基础对城市高架桥抗震的适用性。基于上海嘉闵线典型两跨高架桥，考虑桩土非线性相互作用，建立了OpenSees全桥动力计算模型。对比分析了提离桩和普通桩基础在不同墩高和地震动强度下的地震响应，以单桩内力响应、桩基配筋率、桩基位移、残余位移作为评价指标评估了提离桩的适用性。结果表明，提离式桩基础通过释放桩头拉力，避免了不利的拉弯受力状态，可以显著降低桩基的配筋需求；尤其对于中、高墩状况，提离桩的性能检算主要由单桩最大竖向承载能力控制；提离式桩基础的最大桩顶水平位移略大，但水平残余位移较小，表明其更好的震后自恢复性，两种基础的最大竖向位移和竖向残余位移基本相当。

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基于窄带解调的行星齿轮箱故障特征提取

赵磊，郭瑜，伍星

振动与冲击. 2018, 37(10): 123-128.

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行星齿轮箱由于振动传递路径的时变性导致行星齿轮箱振动信号频谱具有复杂的调制边带，其包含了齿轮的故障信息。结合行星齿轮箱振动分离信号的同步平均和窄带解调法，提出了针对行星齿轮箱的窄带解调方法。对行星齿轮箱振动信号加窗截取，根据行星齿轮箱齿轮啮合齿序特征，将加窗截取信号拼接重构单个齿轮的振动分离信号，克服传递路径时变性的影响；对振动分离信号进行时域同步平均，提高信噪比；最后，对平均后的信号进行窄带解调，提取行星齿轮箱齿轮故障特征和故障位置。通过行星齿轮箱故障实验分析，验证该方法能有效的提取行星齿轮箱故障特征。

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含电磁轴承的推进轴系横向振动特性研究

覃会 1,郑洪波 1，张志谊 1,2

振动与冲击. 2018, 37(10): 129-134.

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推进轴系振动通过轴承基座激发壳体结构，从而引起结构辐射噪声。针对推进轴系横向振动控制问题，提出采用电磁轴承抑制支承振动传递的方法。建立了包含电磁轴承的轴系动力学模型以及相应的轴系横向振动计算方法，分析了电磁轴承等效刚度对轴系振动特征和振动传递的影响规律，从理论上说明了电磁轴承用于刚度控制的可行性。仿真结果表明，轴系横向振动频率随电磁轴承刚度变化而变化，通过改变含电磁轴承的支承等效刚度，可调节轴系在不同转速下运行时的力传递特性，减小螺旋桨振动通过轴系向壳体传递。

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基于自适应时频滤波的变转速齿轮故障特征提取

陈向民张亢晋风华李录平

振动与冲击. 2018, 37(10): 135-140.

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针对变转速下齿轮的故障信号分离与故障特征提取，提出了基于线调频小波路径追踪(Chirplet path pursuit, CPP)与S变换的自适应时频滤波方法。该方法先采用CPP算法从原始齿轮振动信号中估计出齿轮啮合频率，同时，对原始振动信号进行S变换获取其时频分布；然后根据齿轮啮合频率设计自适应时频滤波器；再采用时频滤波器对信号的时频分析进行时频滤波，并将时频滤波结果进行S逆变换，即可得到包含齿轮故障信息的滤波信号；最后对滤波信号进行阶次分析，并根据阶次谱中的调制边频带诊断齿轮故障。对变转速下齿轮的局部故障进行了算法仿真和应用实例分析，结果表明，自适应时频滤波器可根据信号的频率变化特点自适应地改变中心频率和带宽，具有较好的信号分析自适应性，且滤取的信号无相位畸变，非常适合于变转速下的非平稳信号分析。

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爆破振动在边坡岩土介质中诱发的动应力与振动特征分析

孙金山1,2，李正川3，刘贵应3，陈明2，孙金山3，姜清辉2

振动与冲击. 2018, 37(10): 141-148.

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开挖爆破诱发的地震波对边坡岩土体有显著影响。基于简化力学模型和应力波理论，分析了露天爆破条件下，瑞利波在爆源远区边坡岩土介质中诱发的动应力和质点振动特征。分析表明，平行于坡面的切向动应力σxx随深度增大而快速减小。垂直坡面方向的法向动应力σzz和动剪应力σzx在坡面上为0，且随深度增大而先快速增大后缓慢减小。岩土体内平行于坡面的切向振动速度vx和垂直坡面的法向振动速度vz在坡面处最大，且随深度的增大而迅速降低。推导了σzz和σzx最大值所处深度zcr的解析解，zcr值随岩土介质质量的降低和振动频率的增大而减小。振动速度与振动频率相同的瑞利波在不同岩土介质中传播时，岩土越软弱其内部最大动应力越小。振动速度相同时，同一岩土介质中最大动应力是相等的，但其所处深度随振动频率的增大而减小。针对边坡动力稳定性拟静力分析中动荷载的确定问题，提出了通过边坡坡面质点振动速度峰值计算潜在滑动面动应力的解析计算方法。

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基于绝对传递率函数的传递路径分析

黄英杰 1,王彤 1,郭建强 2

振动与冲击. 2018, 37(10): 149-156.

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传统的传递路径分析方法需进行载荷识别，试验过程繁琐。为了提高建模和试验的效率，采用传递函数分析模型的高级传递路径分析方法被提出，避免了载荷识别过程。本文在高级传递路径分析的基础上提出了基于绝对传递率函数的N-TPA法，采用归一化方法对测量得到的传递率函数进行处理，有效避免了绝对传递率函数求解过程中的病态问题，同时采用主分量分析方法计算贡献度，可以获取在频带范围内的贡献度的影响排名。通过四自由度弹簧质量系统进行了仿真分析，依据分析结果提出了算例修正模型。通过飞机模型试验验证了该传递路径分析方法的准确性，结果表明，本文方法在保证精度的前提下能有效缩短试验周期，加快实验进程。

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自由磨料射流轴心磨料速度模型及分析

章文峰1,2，卢义玉1,2，汤积仁1,2，陆晓辉1,2,程玉刚1,2

振动与冲击. 2018, 37(10): 157-163.

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为了研究自由磨料射流轴心磨料速度，以自由磨料射流轴心磨料为研究对象，利用自由磨料射流轴心流体速度方程及磨料运动方程，建立了自由磨料射流轴心磨料速度模型，并基于等分法和迭代算法的数值求解方法，求解了该速度模型，得出了自由磨料射流轴心磨料速度变化规律，最后利用PIV实验对该速度模型进行了验证。结果表明：(1) 自由磨料射流轴心磨料速度随着磨料运动距离的增加先增大后减小；在初始段末端磨料速度未达到速度最大值，磨料速度最大值出现在基本段内。(2) 自由磨料射流轴心磨料速度PIV实测值与理论值的变化趋势基本一致；实测值与理论值的平均百分比误差和标准偏差分别小于3%和2m/s，吻合较好，验证了模型的正确性和准确性。

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输电铁塔双螺母防松螺栓横向振动试验研究

杨风利1，李正1，张大长2，朱彬荣1，王旭明1

振动与冲击. 2018, 37(10): 164-171.

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螺栓松动是强风区和舞动区输电铁塔横担损坏的主要原因，通过开展三种型式输电铁塔双螺母螺栓的横向振动试验，获得了双螺母螺栓的预紧力时程曲线，分析了上、下螺母安装扭矩比例对螺栓预紧力衰减特性的影响规律。下螺母与上螺母安装扭矩之比为25%时，普通双螺母螺栓的防松性能最佳。完成了输电铁塔横担在舞动工况下的横向振动试验，确定了铁塔横担螺栓松动顺序和松动位置的分布规律。舞动荷载作用下横担下平面螺栓易发生松动，其中下平面主材与固定端连接螺栓、横担端部挂点处杆件连接螺栓的松脱现象最为严重，建议设计时进一步提高横担下平面主材及斜材连接螺栓的防松性能。

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超大型冷却塔施工全过程风致稳定性能演化规律研究

柯世堂1 朱鹏1,2

振动与冲击. 2018, 37(10): 172-180.

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现有冷却塔风致稳定性研究均忽略了施工期的影响，以国内某在建210m高超大型冷却塔为对象，综合考虑工程进度与计算精度建立八个冷却塔施工全过程三维实体模型。采用大涡模拟（LES）方法获得了施工期冷却塔三维气动力时程，将成塔风压与规范及国内外现有实测曲线对比验证了数值模拟的有效性。在此基础上，提出了与施工进度实时演化的以子午向轴力为目标下冷却塔施工期风振系数差异取值，结合规范与有限元方法分析了成塔结构整体与局部稳定性，系统探讨了风振系数、混凝土龄期、施工载荷、几何非线性和内吸力对于施工全过程冷却塔屈曲稳定和极限承载能力的影响规律。主要结论为进一步理解施工全过程冷却塔风致稳定性能的演化规律、避免施工期风致破坏提供科学参考。

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一种改进的螺旋齿铣刀立铣切削力计算方法

窦炜1，袁胜万2，何晓聪1

振动与冲击. 2018, 37(10): 181-186.

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计算铣削力是求解螺旋齿立铣加工动力学方程的一个重要的中间环节，普遍采用将刀具沿轴向离散成微元段逐个计算再求和的近似方法。基于线性切削力模型，通过变量替换将任意时刻判断刀齿是否进入切削区的窗函数从铣削力积分中消去，同时将铣削力积分上下限由整个轴向切入深度替换为实际进入切削区的刀刃段的方位角，得到可以直接计算的定积分。最后给出一种螺旋齿铣刀铣削力的解析计算表达式，在求解铣削动力学方程时能够简化铣削力的计算过程。仿真结果表明，本文方法所需计算量与求解直齿铣削动力学方程相当，并且不存在刀具轴向离散导致的误差，能够有效提高螺旋齿立铣动力方程的求解效率。

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基于试验的离心泵转速瞬变特性研究

郭义航，袁寿其，骆寅，孙慧，尹江南

振动与冲击. 2018, 37(10): 187-193.

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转速是旋转机械运行的重要特征之一，离心泵转速的瞬变特征能够很好地反映离心泵内部流动特征及其运行状态，对离心泵的运行状态识别具有十分重要的意义。为了探究离心泵转速的瞬态特性，基于虚拟仪器技术，通过轴编码器对IS-65-50-160型单级单吸离心泵的转速进行了精确测量，通过编写Labview程序对试验数据进行采集，建立不同工况下转速的时频特征谱。分析结果表明：离心泵的转速随着载荷的增大呈现波动下降的趋势；在各个工况下，离心泵的转速均存在一定程度的波动，在设计工况下其转速变化可达21rpm；转速波动存在一定的周期性，泵转动的轴频是转速波动的主频，且频率主要集中在轴频及轴频以下的低频处；转速波动的RMS值及主频处的振幅值均随着流量的增加而呈上升的趋势。

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基于边跨非对称的三跨悬索桥振动基频估算方法

杨国俊1,2，杜永峰1，郝宪武2，李子青2，王晓明2

振动与冲击. 2018, 37(10): 194-201.

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为了快速计算不对称布置的悬索桥振动基频，基于双塔边跨非对称的三跨连续加劲梁悬索桥，在考虑不对称边跨对振动基频的影响下，采用Rayleigh-Ritz法分别推导了一阶正对称、反对称竖弯及扭转振动基频估算公式，并讨论了公式的通用性。将边跨不对称的三跨连续加劲梁悬索桥跨径相关的参数取极限即可得到简支单跨悬索桥的基频估算公式，最后通过有限元法验证估算公式的精度。研究结果表明：基于边跨非对称悬索桥一阶正对称、反对称竖弯频率的有限元解和文中解误差分别是9.2%和6.7%，而一阶正对称、反对称扭转频率的有限元解和文中解误差分别是5.0%和4.4%，表明推导的估算公式解与有限元解误差能满足设计阶段的要求。最后讨论了跨径相关系数变化对基频的影响，该公式可以方便指导边跨非对称的三跨或简支单跨悬索桥方案选择和初步设计。

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含铰间隙平面连杆机构动力学建模与仿真向量键合图法

王中双，徐长顺，杨韬

振动与冲击. 2018, 37(10): 202-207.

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为提高含铰间隙平面连杆机构动力学建模与仿真的效率及可靠性，提出了相应的向量键合图法。通过无质量杆-弹簧阻尼元件来描述旋转铰间隙，建立其向量键合图模型。在此基础上，给出了含铰间隙平面连杆机向量键合图模型的建立方法。针对该类机构向量键合图模型的微分因果环问题，提出了有效的解决方法，克服了其给机构自动建模与仿真所带来的代数困难。应用相应的算法，实现了含铰间隙的机电耦合系统计算机辅助动力学建模与仿真。通过实际算例验证了所述方法的可靠性和有效性。

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双变量耦合作用对非饱和岩土波动特性的影响研究

胡亚元

振动与冲击. 2018, 37(10): 208-217.

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为了研究双变量耦合效应对非饱和岩土波动特性的影响，假定固、液和气材料之间以及它们与骨架之间的力学特性均相互解耦。以Bishop平均应力和修正吸力为骨架的双应力变量，以骨架应变和饱和度为骨架的双应变变量，从小应变变形的多孔介质工程力学出发建立了非饱和多孔岩土的波动控制方程。利用不同双变量建立的线弹性本构方程相互一致的性质，建立了波动方程模型参数和常规室内试验土工参数之间的换算关系。新波动方程的刚度矩阵具有对称性，因而满足弹性力学互易定律。利用新波动方程获得了非饱和岩土三个压缩波和一个剪切波的波速计算公式。数值分析研究结果表明，双变量的耦合效应对剪切波波速无影响，对P2波和P3波的影响可以忽略不计。在饱和度较小时对P1波波速有明显影响。耦合效应越大，对P1波波速的影响越明显，但其影响程度随着饱和度的增大迅速减小。

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材料属性温度相关变厚度FGM圆板自由振动DQM求解

李清禄，王文涛，杨静宁

振动与冲击. 2018, 37(10): 218-224.

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基于一阶剪切理论和哈密顿原理，研究了功能梯度材料(FGM)变厚度圆板在热环境中的自由振动问题。假设材料性质沿厚度幂指数连续变化且材料属性与温度相关，推导了问题的运动微分方程。用微分求积法(DQM)计算了变厚度FGM圆板横向振动的无量纲频率，并与各向同性等厚度圆板的固有频率进行了比较。讨论不同均匀和非均匀温度场、材料梯度变化、厚度系数变化以及不同边界条件对FGM圆板固有频率的影响。

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基于多参数耦合的滚动轴承油膜刚度分析

雷春丽1,2，李復宏1,2，郭俊锋1,2，杨晓燕1,2

振动与冲击. 2018, 37(10): 225-232.

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针对传统经验公式难以准确反映滚动轴承正常工作时油膜刚度动态变化的问题，根据滚动轴承运行时油膜状态分布，基于非Newton流体弹流润滑理论，考虑表面粗糙形貌、热效应、时变效应等因素，建立滚动轴承油膜刚度计算模型。通过数值计算，得到一个完整工作周期内油膜压力、膜厚、温度和刚度变化规律。结果表明：油膜刚度在一个周期内呈非线性变化，并随载荷、粘度、表面粗糙度幅值的增大而增大，随卷吸速度的增大而有所减小；油膜刚度的振荡频率随表面粗糙度波长和粗糙表面纹理走向与轴承滚动方向夹角增大而增大；滚动轴承正常工作时，油膜的温升最大，内圈次之，滚动体最小且不可忽略。

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基于非线性弹簧模型的振动声调制机理研究

刘学君 1，杨晓华 1，马广婷 2，张玎 1

振动与冲击. 2018, 37(10): 233-240.

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飞机结构裂纹的在线监测是保证飞行器安全的重要举措，针对目前常规的无损检测方法无法实现在线及原位监测的不足，根据裂纹引起的超声非线性，基于振动声调制效应对结构裂纹进行监测是一种可行的方法。采用非线性弹簧模型对裂纹进行模拟，建立了两列一维简谐波在含接触界面的结构中的传播模型，通过公式推导，得到了透射信号的基波、调制边频谐波和高次谐波等信号成分的近似表达式，并分析了各谐波成分幅值与激励信号参数间的对应关系，推导了边频调制谐波与两低频基波幅值乘积之比R与刚度系数间的关系。通过板中的振动声调制试验，分析了验证了公式推导所得到的各谐波响应信号的谐波成分及各谐波成分随低频振动幅值的变化关系，探讨了指标R随外力变化情况，试验结果基本符合模型推导的结论表明了该模型的正确性和有效性，，为采用基于振动声调制的方法进行裂纹监测提供了理论指导。

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宽频带多重动力吸振器薄壁件铣削振动控制

王民1, 2，刘宇男1，昝涛1，高相胜1，张彦琳3

振动与冲击. 2018, 37(10): 241-246.

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薄壁零件在整个铣削加工过程中由于材料去除壁厚发生变化而导致其振动频率发生迁移，具有明显时变振动的特点。为了对整个铣削加工过程中振动的有效控制，提出了一种新型的宽频带分布式多重动力吸振器。在零件每个模态阵型敏感点位置处布置多组动力吸振器贴紧排布，令各动力吸振器固有频率不相等，以实现时变切削振动的最优控制。此外，各动力吸振器的设计参数采用全局优化方法进行设计，以壁厚连续变化过程中各敏感点频率响应函数幅值最小化为优化目标函数，通过有限元软件中的目标驱动优化模块得到各吸振器的最佳参数。最后对装有多组吸振器的薄壁零件不同壁厚不同位置点的频响幅值进行分析，验证该方法的有效性。结果表明，该动力吸振器一次安装调整即可实现零件铣削加工全过程中时变切削振动的有效控制，零件的频响函数幅值整体降低85%以上。

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变厚度复合材料板低速冲击能量监测

陆观1，梁大开2，徐一鸣3，邱自学1

振动与冲击. 2018, 37(10): 247-254.

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为了监测变厚度复合材料层合板在使用过程中受到的低速冲击载荷，将光纤传感及信号处理技术相结合，建立了光纤布拉格光栅冲击能量监测系统。首先，将光纤传感网络采集到的所有冲击样本信号进行WEMD分解；然后，根据样本信号冲击能量特征值建立冲击样本信号能量特征集合；最后，根据信号分解的第一阶分量确定厚度系数并修正能量特征集合，评估实际冲击能量。结果表明，基于WEMD分解的厚度系数修正方法能够更准确评估低速冲击能量，其中低灵敏度的大厚度区域平均误差从15.19%明显减少为6.96%。提出的能量识别方法成功识别了1-3J冲击能量，其中最大误差为15.67%，平均误差为5.5%。

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动荷载作用下重塑黏质粉土的弹性变形研究

刘干斌1，谢琦峰1，高京生2，郭华1

振动与冲击. 2018, 37(10): 255-260.

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以宁波黏质粉土为对象，在不同排水、围压、动应力以及温度条件下，开展了一系列动三轴试验，研究了土体的弹性变形特性，建立了考虑围压影响的动弹性模量和弹性应变关系的经验公式，并给出了不同围压、动应力下动弹性模量和弹性应变计算公式。结果表明：随着振次的增加，动弹性模量（弹性应变）迅速减小（增大），并有较为明显的极值点，随后有一定的恢复，最终趋于稳定；温度越高，动弹性模量值越大，弹性应变越小，土体出现热硬化现象；建立的计算公式可用于长期动荷载作用后黏质粉土的动弹性模量和弹性应变计算。

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不同土质风力机塔架地震动态响应分析

刘中胜1，杨阳1，李春1,2，邹锦华1

振动与冲击. 2018, 37(10): 261-268.

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基于开源软件FAST和Wolf土-构耦合方法，建立WindPACT 1.5 MW风力机地震动力学仿真模型，根据三种不同的土质和三种地震强度，共设计了九种地面加速度谱模拟地震运动。通过分析不同工况下风力机的结构动力学响应，发现地震对风力机叶片的影响可以忽略不计，叶片主要受气动载荷的影响。随着地震强度的逐渐增大，塔顶位移和塔基弯矩均在不断增大。在相同的地震强度下，不同土质时塔顶位移和塔基弯矩存在较大差异，尤其是塔顶侧向位移和塔基俯仰力矩。塔架弯矩与塔架高度线性相关，并随着塔架的高度的增加而降低，塔基处弯矩和剪切力最大。地震强度为八度时，相比无地震工况，软土、硬黏土和岩土地质风力机塔顶侧向位移分别增大475%，359%和335%。且由于软土阻尼最小，能量耗散小，所以地震后塔架响应降低速率最慢，软土地基上风力机必须考虑地震载荷。

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轧制渐变厚度的汽车吸能盒结构参数优化

徐涛1，刘念1，高伟钊2，徐天爽1，胡贤磊3

振动与冲击. 2018, 37(10): 269-274.

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研究基于差厚技术的汽车吸能盒结构设计方案，提出了解决差厚板的厚度渐变特性和材料力学性能渐变特性的仿真建模方法，推导了综合考虑厚度分布、吸能盒重量、吸能量的多目标优化问题数学模型，基于多目标优化算法获得了差厚吸能盒结构最优设计参数，并实现了样件试制。试制的差厚吸能盒样件在准静态压溃过程中出现充分且对称的褶皱，且褶皱次序与厚度分布特征一致，变形模式稳定，在保持吸能水平提升的同时，与原冲压等厚吸能盒相比降重约7%。

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2018年, 第37卷, 第10期　
刊出日期：2018-04-28

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