振动与冲击

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郝龙, 杨金福, 唐长亮，韩东江,雷欢

振动与冲击. 2018, 37(15): 1-5.

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设计搭建了由动静压混合气体轴承支承的45kW高速永磁电机转子试验平台，基于该试验平台开展了接入不同额定负载工况下，轴系受到变不平衡磁拉力的动力学特性试验。共进行五次试验，供气压力均为0.80Mpa，接入额定负载分别为0kW，15kW，30kW，60kW，145kW。接入额定负载增大，相同转速下轴系受到不平衡磁拉力增大，低频涡动出现转速提前，接入额定负载为60kW，145kW时，转子单一低频涡动频率发展为双低频振动特性，并出现碰摩降速现象。试验结果表明增加电机额定负载，轴系受到不平衡磁拉力增加，造成低频涡动出现转速降低，稳定阈值降低，且在大额定负载下，单一涡动频率发展为双低频振动频率，出现轴系的碰摩失稳故障特性。

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基于改进VMD与包络导数能量算子的滚动轴承早期故障诊断

任学平，李攀，王朝阁，张超

振动与冲击. 2018, 37(15): 6-13.

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针对滚动轴承早期故障比较微弱，特征信息难以提取且变分模态分解（Variational Mode Decompositong，VMD）中分解层数k的大小需要使用者反复尝试而不能有效确定的问题，提出了改进的VMD方法，以能量差作为评价参数自适应地确定分解层数k。在此基础上，将改进的VMD与包络导数能量算子结合，提出了VMD与包络导数能量算子的轴承早期故障诊断方法。首先采用VMD对轴承故障振动信号进行分解，根据能量差曲线确定最佳的分解层数k；然后依据峭度准则，从分解得到的k个本征模态分量中选取敏感分量进行重构；最后用包络导数能量算子对重构信号进行解调分析，从其能量谱中便可准确地提取轴承的故障特征信息。通过仿真信号和实验数据的分析，验证了该方法的有效性与可行性。

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高坝泄洪诱发场地振动传播问题的有限元-无限元耦合分析

张龑1，练继建2，李松辉1，刘昉2

振动与冲击. 2018, 37(15): 14-26.

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高坝泄洪引起巨大水流脉动荷载产生的振动，沿河谷向上下游传播，结果会导致场地振动，对周围建筑物及居民正常生活造成不利影响。文章通过引入“有限元-无限元”理论，研究建立包含泄水建筑物、地基、周边场地土体以及无限半空间的有限元-无限元耦合模型，研究多振源联合激励模拟方法，分析高坝泄洪诱发场地振动的传播问题。结果发现，将同时采集到的引起场地振动的5处激励源视为5个独立的、不相关的等效荷载，通过无限元来处理边界条件，计算结果与原型观测结果更为接近。古河道区域场地振动强度相对较大，沿水平面传播初期强度变化不大，后期衰减迅速；其余区域振动强度较小，传播初期振动衰减迅速，随着距离的增加，衰减变得缓慢。振动能量初期大多为0.5~4.0Hz区间的宽频振动，随着振动向下游传播，振动能量频带越来越集中，且低频能量衰减迅速。垂向传播过程中，覆盖层处的振动强度在同一个量级波动，振动频带较宽，振动传递至场地浅层泥岩层后振动强度迅速减小，频带逐渐变窄，且低频逐渐被土体过滤，传递至深部砂岩层后，振动强度可忽略不计。

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FA-PMA-VMD方法及其在齿根裂纹故障诊断中的应用

程军圣李梦君欧龙辉杨宇

振动与冲击. 2018, 37(15): 27-32.

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针对变分模态分解(Variational mode decomposition, VMD)中难以确定分解分量个数k和惩罚参数α的问题。提出一种改进的变分模态分解方法—基于萤火虫算法及主模态分析法的变分模态分解（Variational mode decomposition based on firefly algorithm and Principle Mode Analysis，简称FA-PMA- VMD）方法。该方法首先用主模态分析（Principle Mode Analysis,简称 PMA）对VMD分解的带限内禀模态函数(Band-Limited Intrinsic Mode Function, 简称BIMF)分量进行排序；然后用萤火虫算法对变分模态分解的最佳影响参数[k,α]组合进行搜索，以新提出的正交低峰值作为萤火虫算法的优化目标，得到的最佳的惩罚参数α和分量个数k组合；最后根据预先设定的故障特征参数自适应地将信号分解为k个 BIMF分量。通过对仿真信号和齿轮齿根裂纹实际故障信号进行分析，分析结果表明FA-PMA- VMD具有良好的分解效果。

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机车转子非线性系统的动力学分析

杨柳1，杨绍普2，杨月婷2

振动与冲击. 2018, 37(15): 33-42.

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随着机车速度的提高，对机车的运行安全性和稳定性提出了更高的要求。本文主要研究了非线性双转子连续-质量转子系统的动力学模型，综合考虑转子支撑、齿轮啮合刚度等复合非线性因素影响。首先基于哈密尔顿最小势能原理，建立连续-质量非线性转子系统的动力学模型，对系统进行无量纲化处理，并求解了固有振动频率及振型。其次，采用MR-K迭代法求解强非线性转子系统的数值解。最后，定量分析在支撑刚度、阻尼及其齿轮刚度参数作用下，转子系统的幅频响应变化。结果表明：复杂边界条件下，系统的固有频率对传动系统振动响应影响较明显。当齿面磨损及间隙变化时，齿轮啮合刚度变大，转子系统在固有频率处位移显著增大。轮轨激励的变化，引起系统从动轴横向弯曲幅值变大。

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多维地震激励下结构碰撞振动台试验及碰撞影响参数研究

闫磊1，李青宁1，岳克峰1，赵花静1，申纪伟1，王天利2

振动与冲击. 2018, 37(15): 43-50.

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针对强震作用下桥梁结构碰撞导致灾变严重的问题，本文设计并制作4组变参数的结构碰撞多维激励地震模拟振动台试验，研究不同地震烈度和维度对相邻结构间碰撞响应的影响。结果表明，地震加速度峰值越大，维度越多，相邻结构间的碰撞力越大；不同碰撞单元均可模拟出结构间的最大碰撞力，但宜在碰撞计算中选择精度较高的Jan-Hertz-damp模型；碰撞模型中接触刚度的取值导致计算结果不一定能真实反映结构间的碰撞响应，且不同地震波也有可能使结构的计算碰撞刚度取值得到改变；碰撞间隙的大小对结构间最大碰撞力的影响并无统一规律，应针对不同的结构，计算其最优碰撞间隙；桥墩高度越矮，相邻梁体间的碰撞力越小，但墩底的冲剪作用却越明显；相邻结构之间的碰撞力及墩底剪力随其质量比和碰撞恢复系数的增大而增大，且对于不同地震波，其增大的幅度不尽相同。

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高速侵彻弹体表层侵蚀效应理论计算

郭磊, 何勇, 潘绪超, 何源，王传婷，焦俊杰，何珣

振动与冲击. 2018, 37(15): 51-58.

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高速侵彻混凝土过程中，弹体的侵蚀效应随着撞击速度的提高而愈发显著。本文基于弹体表层材料热塑性失效机理，分析确定了高速侵彻过程弹体与靶体间摩擦效应和弹体材料塑性应变效应引起的温升。结合弹靶间局部作用情况，根据热传导方程和塑性功转热公式，利用Johnson-Cook本构方程，计算了弹体表层内两种效应引起的温度分布情况。利用临界温度判据，通过差分迭代法，计算得到了弹体表层材料失效厚度，分析不同工况下弹体高速侵蚀侵彻过程，得到了弹体轮廓演化情况，并与已有试验结果进行对比，验证了该模型的正确性。

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真三轴静载作用下混凝土的动态力学性能研究

徐松林，王鹏飞，单俊芳，张鸣，周李姜

振动与冲击. 2018, 37(15): 59-67.

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研制了一种真三轴静载作用下混凝土、岩石动态实验系统。该系统采用液压伺服控制系统可对试件施加三向独立的100MPa静载、采用霍普金森杆(SHPB)冲击加载可对试件施加1GPa以下的冲击动载；同时，立方体试件六个面的动态信号可由六根杆上的应变片记录。由此，研究了C30混凝土材料在不同的真三轴静载条件下的动态压缩性能，得到了三向独立的动态应力应变关系、动态体积应变、动态Drucker-Prager强度参数等。尼龙和花岗岩试件作为对比材料，进行了初步探讨。

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低幅值应力波在岩石三维节理面的折反射规律理论研究

刘传正1,2, 张建经3, 崔鹏1

振动与冲击. 2018, 37(15): 68-77.

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动力岩土工程中，岩石节理对应力波的传播与能量的传递极大的影响，进而对岩土工程的动力响应特性造成影响。在以往应力波在非连续面传播规律的研究中，较少能够从理论上研究三维节理的复杂表面形态所导致的复杂力学性质对应力波传播规律的影响。为此，本文首先基于细观接触理论分析了岩石三维节理的应力-变形本构方程一般形式，然后分析了平面谐波与三维节理面上的变形与应力之间的变化规律，并基于DDM(Displacement Discontinue Method)方法给出P波、SV波与SH波在三维节理面上折反射解析解。然后在模型研究和理论求解基础上通过参数分析研究了应力波的入射角、节理的交叉耦合变形刚度系数对折反射应力波的影响规律。研究发现，对于三维岩石节理，当本构方程中刚度系数矩阵中的交叉耦合刚度系数非零时，三种简谐波（P、SV、SH波）之间皆可已相互转化，且增大三维节理的交叉耦合刚度系数能够显著的增大转换波的幅值系数，使得同型反射波增大，同型透射波减小。

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一种基于分子结构设计理论的聚类分析方法

张西宁、雷威、唐春华、向宙

振动与冲击. 2018, 37(15): 78-83.

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针对常用的无监督聚类分析方法中存在的问题，提出了一种基于分子结构设计理论的聚类分析方法。该方法借鉴分子结构设计理论模型，将故障样本空间看作分子系统，将故障样本看作分子系统中的原子，以故障样本之间的差异度作为分子势能的度量指标，在故障样本间“相互作用势”的影响下，以样本间“势能”最小为依据，调整故障样本在映射平面上的位置，从而获得最佳的聚类效果。开展了不同状态滚动轴承振动测试实验，聚类结果表明，相比于SOM聚类方法，该方法将聚类有效性指标DB值降低49.04%。将该方法应用于柴油机故障振动数据的聚类中，实验结果表明聚类效果良好，能够有效地将不同故障的数据区分开，验证了该方法的可行性和有效性。

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弹体低速撞击下蓄液结构毁伤特性研究

刘雨曦,任鹏,拾路

振动与冲击. 2018, 37(15): 84-89.

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为了研究蓄液结构在弹体低速侵彻作用下的损伤失效特性，利用轻气炮结合高速摄影技术对蓄液结构进行了两种不同形状弹头的低速撞击实验。对两种弹体入水后的速度衰减及空泡扩展分别进行了分析,进而获得了蓄液结构内空泡扩展及溃灭的典型作用过程及蓄液结构前后面板的典型失效模式，并在此基础上讨论了弹速及弹头形状对结构损伤的影响。研究结果表明：相同速度条件下，半球形弹在水中的速度衰减及产生的空泡半径均弱于平头弹，平头弹对蓄液结构造成的毁伤程度更大，在本文研究速度范围内，靶板的局部变形量与弹速成线性关系。

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U型波纹管声学传递损失的数值分析与实验验证

薛飞孙蓓蓓陈建栋焦仁强

振动与冲击. 2018, 37(15): 90-96.

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U型波纹管是常用的管道连接和补偿装置, 波纹管的结构设计对其声学传递特性具有重要影响。采用声学有限元法建立了波纹管的数值计算模型，计算了不同结构参数下波纹管的声学传递损失，得到了结构参数对波纹管声学传递损失的影响规律。基于有限元仿真结果，建立了波纹管传递损失峰值频带上、下限频率计算的数学模型。设计加工了一个波纹管试件，采用两负载实验法测试了其声学传递损失，并将实验结果与有限元仿真结果进行了对比。结果表明：U型波纹管的声学传递损失具有典型的带阻滤波特性；波高、波宽及内径是影响波纹管传递损失峰值频带上、下限频率的最主要因素；波纹管传递损失峰值频带上、下限频率数学模型的计算结果与有限元仿真结果的误差在±3.0%以内；波纹管声学传递损失的实验结果与仿真结果基本吻合，验证了波纹管声学有限元模型和声学传递损失峰值频带上、下限频率数学模型的准确性与有效性。该研究为U型波纹管的声学设计提供相应的理论依据，也为其声学应用提供了新思路。

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基于概率密度演化法的隔震结构随机地震响应与可靠度分析

顾镇媛1.2，王曙光2，杜东升2，刘伟庆2

振动与冲击. 2018, 37(15): 97-103.

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采用简化的两质点隔震结构模型研究随机地震激励下结构设计参数随机性对结构位移响应与可靠度的影响。隔震层和上部结构分别采用Bouc-Wen 模型和刚度退化的 Bouc-Wen 模型来模拟，结合概率密度演化方法和基于极值分布的可靠度理论，求解不同场地条件、阻尼比、周期比与屈重比下隔震层与上部结构的层间位移响应信息与整体可靠度，并对设计参数进行优化。研究结果表明，概率密度演化方法能够有效评估隔震结构的抗震性能；通过对设计参数的适当取值，能使隔震层与上部结构位移响应均最小，从而提高隔震结构整体可靠度。

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基于压缩感知的贮运信息动态获取方法

许富景1,马铁华2

振动与冲击. 2018, 37(15): 104-109.

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文物、石油等高价值物质的贮运安全问题越来越突出，然而由于贮运过程复杂、监测时间长、不同阶段监测策略复杂，导致目前没有可行的贮运全程监测方法。针对这一问题，提出一种基于压缩感知的贮运全程动态获取方法。该方法充分利用贮运信号稀疏性，提出随机节点布设和随机时间采样方法，解决了贮运监测过程大数据、低功耗的难题。依据该方法研制了集贮运环境监测与物流管理于一体的“智能条形码”， “智能条形码”的功耗水平降至500A以下，体积小于60×80×10mm3。试验表明，基于压缩感知的贮运信息动态获取方法在不降低监测分辨率的情况下显著减少了布设数量，降低系统功耗，并且数据重构误差在9.2%以内。

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碳纤维复合材料-泡沫铝夹芯板的冲击响应

肖先林，王长金，赵桂平

振动与冲击. 2018, 37(15): 110-117.

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本文采用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了T700碳纤维复合材料面层-泡沫铝芯体的夹芯结构动力响应。利用激光测速装置、高速摄像仪和位移传感器记录了泡沫子弹的撞击速度、子弹撞击夹芯板全过程和夹芯板后面板中心点的位移时程曲线。研究了加载冲量和芯层相对密度对夹芯板冲击响应的影响，得到了碳纤维复合材料-泡沫铝夹芯板的变形与失效模式。同时，采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟，研究了复合材料面板铺层方式、面层厚度、芯层厚度和相对密度以及泡沫铝子弹的长度、速度和相对密度等参数对夹芯板冲击响应的影响。

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自振脉冲喷嘴异形结构对射流冲蚀性能的影响

唐川林1，徐旭2，王霞光2，胡东1

振动与冲击. 2018, 37(15): 118-123.

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从提高射流冲蚀效率出发，利用自振脉冲射流对不同形状喷嘴的冲蚀性能进行分析。根据自振脉冲装置结构参数与射流振荡频率之间的关系，建立不同形状的下喷嘴冲蚀性能分析模型；以砂砖为靶件，测量了同等当量面积的圆形和方形喷嘴冲蚀体积和深度，研究冲蚀时间、振荡腔长和靶距对射流冲蚀效果的影响规律。结果表明：随冲蚀时间增加，方形喷嘴的冲蚀体积和冲蚀深度均高于圆形喷嘴，超过最佳冲蚀时间段后方形喷嘴冲蚀深度增长放缓明显。振荡腔长的变化对冲蚀深度影响较大，圆形喷嘴所对应的最佳腔长略小于方形喷嘴。相同工况下，随靶距增大，方形喷嘴冲蚀深度与冲蚀体积的降幅小于圆形喷嘴，前者所对应的冲蚀表面损伤面积大于后者，实验结果与理论分析相一致，所得结论对脉冲射流装置的设计与优化具有参考意义。

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两端固支屈曲梁准零刚度隔振器的微振动隔振性能分析

王云峰，李博，王利桐

振动与冲击. 2018, 37(15): 124-129.

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航天器微振动具有幅值低、频带宽的特点，传统的被动隔振器难以对其有效隔离，两端固支屈曲梁准零刚度隔振器具有高静刚度低动刚度特性，且避免了铰接引入的间隙和摩擦，可适用于微振动隔振；本文对该隔振系统的动力学特性和隔振特性进行了分析；首先，推导了屈曲梁正负刚度并联系统的零刚度条件，其次，利用谐波平衡法得到系统阻尼、扰动幅值对系统隔振性能的影响；最后，通过SIMULINK仿真对隔振系统的性能进行了验证，结果表明，该隔振系统低频隔振性能优于线性系统，可有效隔离微振动。

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基于耗能系梁的双肢高墩刚构桥减震控制研究

李勇1,2 刘晶波2 李朝红1

振动与冲击. 2018, 37(15): 130-135.

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双肢高墩刚构桥是一种常见的大跨公路桥梁，墩高多大于40m，在强震下往往会进入塑性，墩-梁固结的结构特性使得地震发生时墩梁之间不会发生纵向相对位移，所以阻尼器或者减隔震支座在刚构桥上应用较少。由于双肢高墩常设置钢筋混凝土系梁来降低计算长度进而提高其在荷载作用下的稳定性，本文将传统的钢筋混凝土系梁用新型耗能系梁来代替，通过弹塑性动力时程分析研究了近远场地震作用下耗能系梁对双肢高墩刚构桥的减震控制效果。研究结果表明：地震作用下，常规的梁-台间隙实际上限制了高墩刚构桥的墩顶纵向位移响应，进而限制了墩底塑性铰的发展，梁-台碰撞和桥墩剪力为主要地震响应；远场地震动作用下，钢筋混凝土系梁虽会提高双肢高墩的耗能作用，但会增大墩底剪力，而耗能系梁能够有效防止梁端碰撞响应和降低墩底剪力；高墩刚构桥在近断层地震动输入下的梁端碰撞响应和墩底剪力响应均高于远场地震动，而耗能系梁的减震率仍较高。

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爆破扰动松软煤层对巷道围岩稳定性的影响

高魁1，2，刘泽功1，2，刘健1，2，朱飞昊1

振动与冲击. 2018, 37(15): 136-142.

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随着煤矿采掘深度的增加，爆破技术在煤矿井下的应用越来越广泛，但因爆破扰动松软煤层诱发的煤与瓦斯突出事故也不容忽视。为研究爆破扰动松软煤层的力学特征以及爆破震动效应对巷道围岩稳定性的影响，以巷道掘进爆破扰动松软煤层诱发煤与瓦斯突出为工程背景，根据相似理论在实验室搭建了爆破模拟试验系统，通过超动态应变仪监测爆破载荷作用下试样的力学特性，结合理论分析和数值模拟探讨爆破对巷道稳定性的影响。研究发现，当爆破孔从岩层进入松软煤层，在本试验条件下产生了类似突出的破碎抛掷过程；爆破裂纹扩展是导致巷道围岩破坏的根本原因，而松软煤层的存在会加剧巷道围岩的破坏程度，促使巷道围岩的裂隙进一步扩展发育，在煤矿井下一次爆破装药量大，炮孔数目多和需要多次爆破的情况下，爆破振动的累积损伤会最终影响到巷道的稳定。研究成果对揭示井下爆破扰动构造带煤岩诱导煤与瓦斯突出的发生机理具有重要的理论价值。

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高地应力下硬岩爆破破岩特性及能量分布研究

肖思友1,3,4,姜元俊1,3,刘志祥4,苏立君1,2,3

振动与冲击. 2018, 37(15): 143-149.

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为研究高地应力下爆破荷载和动态卸载效应对破岩效果和损伤破坏范围的影响，在理论上分析了在爆破荷载和动态卸载作用下裂隙区和弹性区岩石应力分布和破裂特征。基于断裂力学和可释放应变能的岩石损伤破坏准则计算了岩石破碎块度d和岩石损伤破坏范围Rd。计算结果表明，当初始地应力达到50 MPa以上，炮孔半径为42mm，2号岩石改性铵油炸药耦合装药起爆后原岩中积聚的弹性应变能释放后可以达到裂隙区破碎能的16%以上。高地应力卸载后在爆腔腔壁将产生一个径向拉应力，在裂隙区边缘拉应力为2 MPa，最大拉伸位移为0.24 mm，在弹性区由于卸载径向拉伸应力的作用促使其聚积的应变能沿径向释放，使弹性区形成新的损伤破坏，损伤破坏区厚度为0.03m。随着爆腔半径和裂隙区半径的增大，动态卸载释放的能量和损伤破坏区的厚度也将随之增大。

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考虑不完整边界条件的新型混合试验方法

吴斌1,2，宁西占1,2，许国山1,2，王贞1,2

振动与冲击. 2018, 37(15): 150-155.

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在混合试验中，当子结构边界自由度较多时，其边界条件往往难以完全实现，而边界条件的缺失势必改变原结构的受力状态，影响结构性能评估的准确性。为此，本文提出基于模型更新的在线数值模拟方法，称之为考虑不完整边界条件的新型混合试验方法。该方法建立具有相同本构关系的两套数值模型，分别用于整体结构数值计算和物理子结构本构模型参数识别。由于结构反应由整体结构数值模型求得，边界条件自然得到满足；而且数值模型的本构参数不断根据物理试件的试验结果在线修正，提高了数值计算的准确性。本文以物理试件的恢复力为追踪目标，采用基于梯度的优化方法在线估计并更新材料本构模型参数；以Matlab和OpenSees为计算平台完成了边界条件不完整的钢筋混凝土框架结构虚拟混合试验。结果表明，所提方法几乎消除了边界条件不足带来的不利影响，提高了混合试验的模拟精度。

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一种新型惯容减震器的设计及减震效果研究

刘良坤1，谭平2，闫维明3，李祥秀4，周福霖2,3

振动与冲击. 2018, 37(15): 156-163.

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采用TID（调谐惯容减震器）型惯容器对结构进行减震控制，推导了基底白噪声激励下安装惯容器的单自由度结构及多自由度的最优阻尼参数和最优刚度参数解析式，并给出了其相应的减震效果分析以及在多自由度结构中的应用，分析表明：考虑结构阻尼的情况下最优参数解析解仍有较高的精确性，而且阻尼比越小误差越小，精确性越高，TID的减震效果也更明显；结构自身阻尼比较大，可采用较大质量比改善其减震效果；随机地震激励下，即使隔震层阻尼比小于普通隔震的阻尼比，安装TID或TMD后，结构仍可能取得更好的减震效果，并且在同等阻尼比下，其减震效果更加显著；相对于TMD，TID安装在底层效果较好，但同样质量比的情况下，对顶层响应减震效果略差，考虑到TID具有质量放大效应，可以弥补甚至超过TMD减震效果，且可制成杆状，安装也相对方便。

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不同阻尼体系的运动状态判别法研究

黎莹 1,张之颖 2，魏洪杨2

振动与冲击. 2018, 37(15): 164-170.

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运动状态是阻尼体系最为基础的体现形式，本文从不同阻尼体系动力分析方法的基本区别入手，对不同阻尼体系的运动状态进行了基础性理论研究，得出了阻尼体系类别判定的充要条件，表明了体系运动状态连续是其为经典阻尼体系的直接决定因素。并以运动断层、鞭梢效应及半主动控制器加速度的“针尖”放大效应工程现象，讨论了各自阻尼体系的类别。

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微尺度CSP焊点温振耦合应力应变有限元分析

黄春跃1，韩立帅1，梁颖2，李天明3，黄根信1

振动与冲击. 2018, 37(15): 171-178.

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建立了微尺度芯片尺寸封装（Chip Scale Package：CSP）焊点三维有限元分析模型，对模型进行了热结构耦合分析和温振耦合分析，获得了微尺度CSP焊点应力应变分布结果；对比分析了微尺度CSP焊点与常规尺寸CSP焊点的应力应变分布；分析了不同焊料、焊盘直径和焊点体积对微尺度CSP焊点应力应变的影响。结果表明：温振耦合条件下，微尺度CSP焊点内应力应大于常规尺寸CSP焊点应力应变；在SAC305、SAC387、63Sn37Pb、62Sn36Pb2Ag四种焊点材料中采用SAC387的焊点最大应力最大；焊点最大直径由105μm减小至80μm时，微尺度CSP焊点内应力应变呈现出减小的趋势；焊盘直径由80μm减小至60μm时，微尺度焊点内应力应变呈现出增大的趋势。

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齿轮箱故障非线性特征测度及状态TWSVM辨识研究

曾柯，柏林

振动与冲击. 2018, 37(15): 179-184.

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针对齿轮箱振动的非线性性，利用非线性特征测度的方法提取齿轮箱振动信号的故障特征。并利用双子支持向量机（Twin Support Vector Machine，简称TWSVM）对齿轮箱故障类别的辨识性能进行研究。TWSVM努力构造两个非平行的超平面来实现分类，它比支持向量机(Support Vector Machine，简称SVM)针对多分类问题具有更好的样本不均衡适应性，并且分类性能优势明显。对齿轮箱故障类别辨识的实验表明，与传统的SVM和BP神经网络算法相比较，TWSVM具有更高的分类准确率。

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不同爆炸力作用下端部消波和加密锚杆支护洞室动态响应研究

王光勇1，陈安敏2，徐景茂2

振动与冲击. 2018, 37(15): 185-190.

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基于模型试验，研究了不同爆炸力作用下端部消波和加密锚杆支护洞室的动态响应。在不同爆炸力作用下，三个洞室的拱顶垂直压应力峰值、顶底板相对位移峰值、最大洞壁压应变峰值和拱顶加速度峰值与比例距离呈幂函数衰减规律，并拟合出相应的幂函数曲线。随着比例距离的减小，离端部加密锚杆支护洞室与长密锚杆支护洞室最近测点的垂直压应力峰值的拟合曲线几乎重合，端部消波支护洞室的垂直压应力峰值从比端部消波锚杆和长密锚杆支护洞室大向比它们小转变，大约在比例距离0.6 m•kg-1/3处，三个洞室的垂直压应力峰值相等；端部消波和加密锚杆支护洞室的顶底板相对位移峰值逐渐向长密锚杆支护洞室靠近，当比例距离小于0.8 m•kg-1/3开始超过长密锚杆支护洞室；端部加密锚杆支护洞室与长密锚杆支护洞室的最大洞壁压应变峰值曲线比较靠近，端部消波锚杆支护洞室的最大压应变峰值从比长密锚杆支护洞室小逐渐向比长密锚杆支护洞室大转变；端部加密锚杆支护洞室的拱顶加速度峰值从比长密锚杆支护洞室小到比长密锚杆支护洞室大，比例距离为1.55 m•kg-1/3是两种状态的转折点。

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侧向局部爆炸荷载下钢质方管的损伤破坏及影响因素研究

余洋1，纪冲1，周游2，龙源1，谢兴博1

振动与冲击. 2018, 37(15): 191-198.

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采用野外实验与数值计算相结合方法，研究了初始条件对钢质方管在侧向局部爆炸荷载作用下损伤破坏效应的影响。将横截面边长均为100mm的三种壁厚（3mm、3.5mm及4mm）Q235钢方管置于160gTNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验，分析了装药比例距离Z以及方管结构宽厚比W对结构迎爆面中心点挠度、凹陷变形区径向宽度及轴向长度等重要损伤变形特征参数的影响规律。利用动力有限元程序LS-DYNA及流固耦合算法对方管变形及破坏过程进行数值模拟，计算结果与实验现象吻合较好。基于结构关键节点处的应变-时间曲线，分析了方管迎爆面中心点和中截面直角边处变形经历的不同阶段。研究结论可为方管结构的结构设计和工程防护计算提供重要科学依据。

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蒸气云爆炸作用下钢储罐动力响应的双向流固耦合分析

胡　可1,2，赵　阳1，王钢2，郭艳军2

振动与冲击. 2018, 37(15): 199-208.

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对于钢储罐内部发生的蒸气云爆炸，储罐结构在爆炸流场的作用下会产生运动与变形，这些运动变形又会反过来作用于内部爆炸流场，因此求解钢储罐在内爆作用下的结构动力响应实际上是一个复杂的双向流固耦合问题。本文利用弱耦合方法，基于ANSYS Workbench仿真平台建立了能够有效模拟内部爆炸流场与钢储罐结构相互作用的双向流固耦合模型，获得了钢储罐的结构动力响应。同时，进行了解耦计算，并将解耦与耦合两种方法进行了对比分析。研究表明：在内部蒸气云爆炸作用下，钢储罐结构最大塑性应变一般出现在顶盖与罐壁的环向连接处，该区域会因塑性应变最先超过失效应变而发生破坏；耦合分析所得钢储罐结构变形情况和与失效破坏模式与解耦分析所得结果大致相同，解耦分析可以较为方便地进行内爆作用下的钢储罐结构动力响应与薄弱危险区域的初步预测。

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基于虚拟简支梁法的桥梁动态称重研究

邓露1，施海1，何维1，罗杰2

振动与冲击. 2018, 37(15): 209-215.

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Moses算法是桥梁动态称重（BWIM）技术中最可靠的算法之一，是目前各商业BWIM系统的基础。然而，受影响线标定的约束，当前的商用BWIM系统仅适用于短跨径桥梁。针对这一情况，提出了虚拟简支梁法。该方法利用桥梁上的某一区段的隔离应变计算车辆的轴重和总重，不受桥梁跨径的限制。建立了跨径为20m和40m的简支T梁桥有限元模型，基于车桥耦合振动理论模拟获得桥梁响应，并利用提出的新方法识别了车辆的轴重和总重。分析了路面平整度、车辆行驶速度等因素对识别精度的影响。结果表明：对于较短跨径的20m T梁桥，常见三轴车的总重识别误差平均值在2%左右，五轴车的总重识别误差平均值低于1%，精度都稍优于传统Moses算法；而对于传统Moses算法不适用的40m T梁桥，本方法识别车辆总重的误差平均值仍可控制在3%以内，表明本方法不受桥梁跨径的限制，具有更广的应用前景。

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基于改进多目标粒子群算法的商用车悬架系统优化

范政武1，王铁1，王永红2，石晋宏1

振动与冲击. 2018, 37(15): 216-224.

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为改善商用车辆的平顺性、安全性并减小轮胎动载对路面的破坏，以某6×4牵引列车为研究对象，建立12自由度振动力学模型。以车辆平顺性和轮胎动载为优化目标，选择前后悬架弹簧刚度、减振器阻尼系数为优化参数，设计了一种基于改进多目标粒子群优化算法MDPL-MOPSO的悬架系统多目标优化策略。悬架系统优化前后的结果对比表明，本文提出的改进多目标粒子群优化策略在改善车辆平顺性的同时，兼顾了轮胎动载对路面的损坏，具有较好的优化效果，对重型商用车在开发阶段平顺性和安全性优化评估具有一定的指导意义。

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基于车-桥随机振动模型的简支梁桥墩顶垂向动反力特征研究

朱志辉1,2，黄承志1，王力东1，时瑾3，余志武1,2，蔡成标4

振动与冲击. 2018, 37(15): 225-232.

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为研究高速铁路简支梁桥墩顶垂向动反力的随机性特征，基于虚拟激励法和有限元方法，建立了列车-轨道-桥梁耦合系统竖向随机振动模型。采用多体动力学理论建立具有二系悬挂的质量-弹簧-阻尼系统列车模型；采用有限元方法建立轨道-桥梁有限元模型；基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立列车-轨道-桥梁耦合系统动力学方程。通过虚拟激励法将轨道高低不平顺转化为一系列简谐不平顺的叠加，将非平稳随机振动问题转化为确定性时间历程问题，推导了列车-轨道-桥梁耦合时变系统随机振动计算模型。基于该计算模型，以五跨32m预应力混凝土简支箱梁桥为研究对象，研究了轨道不平顺和车速对墩顶垂向动反力随机特征的影响。结果表明：墩顶垂向动反力受列车轴重引起的确定性激励控制，轨道不平顺随机激励对其影响显著；不同轨道不平顺随机激励下墩顶动反力均方根(σ)不同，基于3σ法得到的限值(μ±3σ)相差较大；随着车速的增大，墩顶动反力均方根(σ)逐渐增大。

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多点刚性耦合产品包装运输系统间接逆向子结构分析

孟天涯 1,李明宇 1，郭栋3,王军 1，2

振动与冲击. 2018, 37(15): 233-238.

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在实际测量过程中，产品包装运输系统的耦合界面处通常空间结构复杂，导致该处的频率响应函数难以测得。针对该问题，提出基于多点刚性耦合产品包装运输系统的间接逆子结构方法，该方法无需测得系统耦合界面处的频响函数即可求得未知子系统（产品/关键部件）在耦合点处的频响函数。首先基于动力学微分方程和线性叠加原理建立系统与子结构的力与位移关系，再通过矩阵变换，分别得到了用于不同刚性耦合包装运输系统的间接逆子结构方法公式。最后，建立集总参数模型，验证该算法的正确性。结果表明该方法在运输包装领域具有优秀的可行性和应用前景。

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基于实测相电流的永磁同步电机转矩波动阶次来源分析及幅值预测

毛钰左曙光邓文哲曹佳楠

振动与冲击. 2018, 37(15): 239-245.

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由于转子磁场非正弦分布、定子开槽及电流谐波等因素影响，轮毂永磁同步电机输出转矩中存在波动，驱动转矩波动将给轮毂电机驱动车辆带来振动噪声问题。为分析各因素对转矩波动的贡献及影响机理，通过转鼓倒拖试验实测了电机空载反电动势，进而确定了转子磁场分布情况及转子磁通系数；通过电机驱动转鼓试验实测了电机三相负载电流信号，发现电流中存在丰富的谐波成分并确定了谐波幅值及初始相位；考虑转子磁通和相电流谐波解析推导了电磁转矩表达式，分析了转矩波动阶次来源并根据电流谐波幅值和相位规律预测了各阶次幅值大小，进而确定了转子磁通谐波和电流谐波对转矩波动的贡献；最后通过实测的振动加速度信号间接验证了转矩波动阶次分析及幅值预测的准确性。本文结合试验和理论准确分析了轮毂电机转矩波动的全貌及其来源，为电动轮系统的振动优化提供了方向。

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基于嵌入分数维的树种算法的结构质量刚度识别

赵一霖,刘济科,丁政豪,吕中荣

振动与冲击. 2018, 37(15): 246-250.

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采用改进的树种算法对结构进行质量和刚度的识别。首先基于加速度响应参数建立起目标函数，再利用融入分数维机制的树种算法(Tree seeds algorithm)对于结构损伤进行反演。树种算法是一种新型的元启发式算法，具有结构简单，便于执行的特点。为了进一步改善算法的优化能力，引入一个全新的搜索阶段‘树的搜索’，在该阶段中引入分数维模型来改进算法后期的收敛能力，然后进入树种阶段，通过两种新的搜索模式来平衡此阶段的局部搜索和全局搜索能力。采用桁架结构作为数值算例进而得到识别结果。最终表明，在仅知道有限的时域参数，本文提出的算法能够有效地识别损伤参数，优于其他进化算法并且对测量噪声不敏感。

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RC桥墩残余位移模拟的参数敏感性分析

赵泰儀1，孙治国1,2，王东升1，周英武3

振动与冲击. 2018, 37(15): 251-260.

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为讨论RC桥墩震后残余位移模拟的建模方法，采用OpenSees非线性纤维梁柱单元和零长度转动弹簧单元，建立了桥墩抗震分析模型。以1个足尺RC桥墩振动台试验结果为依据，对桥墩进行动力时程分析和静力滞回性能模拟。结果表明，纤维梁柱单元数量、转动弹簧单元极限滑移量Su、刚度折减系数b、调整纵筋失效循环次数的延性系数Cf和强度降低系数Cd对残余位移模拟的影响不明显。纵筋滞回关系调整参数R0和转动弹簧单元捏缩系数R对残余位移模拟结果影响较大，初步识别结果为15和1.0。考虑混凝土抗拉的Concrete02模型模拟残余位移精度高于Concrete01模型，考虑纵筋的屈曲GA模型模拟的桥墩残余位移明显偏小。

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考虑系统不确定性的车辆主动悬架自适应模糊滑模控制

庞辉，梁军，王建平，刘凡

振动与冲击. 2018, 37(15): 261-269.

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针对车辆主动悬架系统模型不确定性所引起的控制稳定性问题，提出了一种非线性主动悬架自适应模糊滑模控制策略。为提高车辆平顺性、确保汽车行驶安全性能，建立基于Takagi-Sugeno(T-S)模糊方法的四分之一车辆悬架系统非线性动力学模型，将滑模控制与自适应理论结合设计合适的滑模面函数和滑模控制律，进而基于Lyapunov稳定性理论对所提出控制器稳定性进行分析。最后，在三种不同路面激励下的数值仿真结果表明，所提出的自适应模糊滑模控制器使被控悬架在外界路面扰动下具有更好的扰动抑制能力，车辆悬架综合性能得到明显改善。

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复杂边界条件板壳耦合结构振动分析

代路 1，林原胜 1，柳勇 1，白凡 1，吴君 1，杨铁军 2

振动与冲击. 2018, 37(15): 270-276.

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板壳类结构在工程领域被广泛应用，使得板壳耦合结构动力学特性成为备受关注的研究话题。本文针对现有研究方法在复杂耦合结构动力学特性分析方面的局限性，构建复杂边界条件下板壳耦合结构振动分析模型，采用二维改进傅立叶级数对弹性板和圆柱壳结构各位移函数分别进行描述，复杂边界条件通过不同组合的弹性约束来模拟，并依赖四类耦合弹簧充分考虑结构之间弯矩、横向剪力、面内纵向力以及面内剪切力的机械耦合效应，进而基于哈密顿原理和瑞利-里兹方法得到板壳耦合结构系统的特征方程与振动响应。研究结果表明，本文方法预测板壳耦合结构模态参数优于文献结果，预测强迫响应结果与测试结果吻合良好，验证了本文分析方法的正确性。本文建立的板壳耦合结构分析模型可适用于各类复杂边界条件，无需重新进行理论推导和计算程序编写，是一种可靠而高效的分析手段，可为开展复杂耦合结构的振动分析与动力学设计提供通用性的分析模型基础。

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一块简支石墨烯片动力响应的小尺度效应研究

谢根全1，王建平2，张琦珑1

振动与冲击. 2018, 37(15): 277-282.

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对一块简支石墨烯片动力响应的小尺度效应进行了研究，基于非局部弹性力学的概念和能量法建立了简支石墨烯片的动力响应微分方程，通过求解这个微分方程得到简支石墨烯片的动挠度，定义基于经典理论的石墨烯片中心点动挠度最大值和基于非局部理论的石墨烯片中心点动挠度最大值之比为小尺度效应因子，计算了不同频率激励下，不同长宽以及不同螺旋角的石墨烯片的小尺度因子，数值结果表明：石墨烯片的螺旋角、小尺寸和激励频率对它的动挠度的小尺度效应有影响，当石墨烯片的长度和宽度都大于1mm时，它的动力响应的小尺度效应消失。

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2018年, 第37卷, 第15期　
刊出日期：2018-08-15

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