振动与冲击

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周霞, 李凯, 陈成杭

振动与冲击. 2018, 37(22): 1-9.

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为了研究新型纤维增强镁合金混杂层合板在低速冲击下的力学响应，本文分别对由玻璃纤维、碳纤维和二者混杂增强的AZ31B镁合金层合板在不同冲击能量下的落锤低速冲击试验进行了数值模拟。基于镁合金各向异性塑性本构和指数关系界面脱粘内聚力本构模型，同时纤维复合材料层采用三维Hashin失效准则且引入刚度折减，编写了复合材料层板损伤的VUMAT子程序，并将该子程序嵌入ABAQUS/Explicit中实现对层合板冲击过程的模拟。研究了该纤维层合板在不同冲击能量下的动态冲击响应以及脱粘与损伤演化规律，分析了冲击载荷、形变和能量吸收随时间的变化规律。模拟结果表明：在冲击能较小时，首先在冲击背面出现基体开裂，随着冲击能的增加，层合板受冲击面出现由无明显损伤到出现基体开裂和纤维断裂的现象；与单一碳纤维增强的镁合金层合板复合材料相比，单一玻璃纤维增强的镁合金层合板在冲击载荷作用时能够吸收更多的能量，碳纤维层内混杂合适的玻璃纤维铺层能够提高碳纤维增强镁合金层合板的抗冲击性能。

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两自由度非线性隔振系统的吸引子迁移控制

柴凯1,2 楼京俊2 朱石坚2 俞翔2

振动与冲击. 2018, 37(22): 10-16.

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针对非线性隔振系统存在多个不同拓扑特性的吸引子，提出了实现不同吸引子之间迁移控制的方法。首先，对两自由度非线性隔振系统进行全局分岔分析，证明系统存在多个吸引子；然后，利用控制方法实现系统不同吸引子之间的迁移。仿真结果表明：开环加非线性闭环控制方法相比开环、闭环和开环加线性闭环控制方法，传递域是全局的，且不受目标函数的影响，为降低潜艇辐射水声中的低频线谱特征提供了新的思路。

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关于稀疏编码在图像处理中的神经动力学分析

卢颍霞，王如彬

振动与冲击. 2018, 37(22): 17-21.

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初级视皮层V1区神经细胞采用稀疏编码的形式来有效表示自然场景，自然场景的稀疏编码模型可以解释V1区神经元的一些生理学性质，但是我们不知道这种编码模型是否可以通过生物学上的局部突触可塑性规则学习得到。由于生物神经网络中存在一种侧抑制现象即局部竞争，我们基于这种现象并利用突触局部可塑性规则建立了一个发放的神经网络动力学模型。对V1区细胞的感受野进行了仿真，同时利用模型得到的稀疏重构系数，对重构残差进行了讨论。研究表明利用稀疏编码可以得到V1区简单细胞的感受野，同时利用自然图像的输入说明了该动力学模型在生理学意义上的合理性。

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新型阻尼环对转子-齿轮传动系统弯扭耦合振动的减振研究

王逸龙 1,曹登庆 1，杨洋 2，张立伟 3

振动与冲击. 2018, 37(22): 22-29.

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结合动力减振器与干摩擦减振器的工作原理，以研究减振为主要目的，本文设计了一种新型的阻尼环。以某航空发动机转子实验台为研究对象，基于集中参数法建立了带阻尼环的转子-齿轮传动系统的弯扭耦合动力学模型。采用Runge-Kutta法数值求解系统的振动方程，并分析其在工作频率范围内的动力学响应。在此基础上，进一步分析阻尼环的安装刚度、安装阻尼、摩擦力等参数对系统振动响应的影响规律。计算结果表明：与传统阻尼环相比，新型阻尼环对转子-齿轮传动系统在高频范围内的弯扭耦合振动影响较明显；在一定的范围内增大阻尼环的结构参数，将对系统在高频范围内起到明显的减振效果，包括：转子的弯曲振动和齿轮的扭转振动；阻尼环的结构优化设计对转子-齿轮传动系统的减振效果起到重要的作用。

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考虑实测基节误差的修形齿轮啮入冲击计算

郭芳，方宗德，张西金

振动与冲击. 2018, 37(22): 30-35.

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为研究制造误差对齿轮系统啮入冲击的影响，给出一种考虑实测基节误差的齿轮啮入冲击算法。该算法基于考虑实测基节误差的轮齿接触分析(TCA, Tooth Contact Analysis)及轮齿承载接触分析(LTCA, Loaded Tooth Contact Analysis)，准确算出齿轮连续啮合过程中每对啮合轮齿的实际啮入点位置；并根据LTCA得到的轮齿承载变形及载荷分配系数，计算出当前啮入齿对啮入点处的刚度；最后计算出以n个啮合周期为一个大周期的啮入冲击力（n为主、被动轮齿数的最小公倍数）。研究表明，在不同齿对的相对基节误差具有随机性的情况下，该算法可以准确算出每对轮齿的线外啮入点的位置，并相应算出不同位置的啮入点的刚度；该算法适用于具有修形齿面或误差齿面的齿轮系统，真实反映了实测基节误差对齿轮啮入冲击的影响。

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具惯容离心摆的轴系结构轴向振动减振分析

秦美娟1，金肖玲1，陈志强2，黄志龙1

振动与冲击. 2018, 37(22): 36-42.

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本文研究具惯容离心摆的轴系结构减振问题，基于摆的小幅振动假设，建立具惯容离心摆轴系结构轴向振动的动力学方程，得到结构轴向振动幅值及离心摆转角的频响函数。详细讨论了减振器参数（无量纲阻尼、质量比和调谐函数）对轴系结构轴向振动的影响，并以轴系结构共振幅值最小为目标进行参数优化设计，用固定点法得到了最优无量纲阻尼的解析表达式。研究表明调谐函数对轴向振动有很大的影响，且合适的调谐函数能实现最优的减振效果，惯容的引入能更容易调整调谐函数。通过数值结果比较具惯容离心摆减振器和动力吸振器在轴系结构轴向振动减振的效果，表明优化后的具惯容离心摆减振器有更好的减振效果。

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基于VMD和SVDD结合的滚动轴承性能退化程度定量评估

姜万录1,2，雷亚飞1,2，韩可1,2,3，张生1,2，苏晓1,2

振动与冲击. 2018, 37(22): 43-50.

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提出了一种基于变分模态分解(VMD)和支持向量数据描述(SVDD)相结合的滚动轴承性能退化程度定量评估方法。针对当采样时间长、采集到的信号数据点多时，信号中某些部分可能受到异常信号干扰的问题，首先提出了一种基于VMD和SVDD结合的特征提取新方法，将长信号分为多帧短信号，分别使用VMD方法分解短信号并提取各分量的奇异值组成特征向量，得到一组特征向量集，然后使用SVDD方法找到并剔除其中的异常样本点，求出剩余特征向量的平均值便可作为原信号的特征。特征提取完毕后，使用SVDD方法进行性能退化评估，以待检样本到训练得到的超球体模型球心的距离描述性能退化程度，并使用隶属函数将距离指标转化为与正常状态的隶属度作为性能退化指标，实现设备的性能退化程度的定量评估。使用轴承全寿命数据，并与以传统时域无量纲指标作为特征的分析结果进行了对比，验证了所提出方法的优越性。

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基于一维卷积神经网络的齿轮箱故障诊断

吴春志,江鹏程,冯辅周, 陈汤,陈祥龙

振动与冲击. 2018, 37(22): 51-56.

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传统复合故障诊断方法通常需要先人工提取特征再用模式识别方法进行分类，难以解决端到端故障诊断的问题，为此，论文提出了一种利用一维卷积神经网络的齿轮箱故障诊断模型。其特点是可以直接从原始振动信号中学习特征并完成故障诊断。采用PHM 2009 Challenge Data和某型坦克变速箱的复合故障数据对三种传统模型和一维卷积神经网络模型进行测试，结果表明，1-DCNN模型对单一和复合故障诊断准确率均高于传统诊断方法。

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三向压电悬臂梁振动能量采集器的研究

马骁骏,冷永刚,刘进军,范胜波

振动与冲击. 2018, 37(22): 57-66.

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为实现空间各方向振动能量的获取，设计了一种压电悬臂梁式三维振动能量采集器。系统动力学建模以及势函数和非线性磁铁力的分析，揭示了采集器通过双稳或单稳振荡特性而有效获取空间各方向振动能量的机制。仿真模拟和实验测试结果表明，对于一定带宽和强度的随机激励，系统至少存在一个最优的初始磁铁间距，可在两个坐标轴方向同时实现最优机电能量转换，同时保证第三个方向上的次优。对于实际振动环境，确定一个最优的初始磁铁间距，可实现高效的、结构间距无需实时调整的振动能量获取。

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预测铣削稳定性的Hamming线性多步法

智红英1,闫献国2,杜娟2,曹启超2

振动与冲击. 2018, 37(22): 67-74.

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针对铣削加工过程中产生的振动现象，提出了一种 Hamming 线性多步法（HAMM）来预测铣削加工过程中的稳定性。考虑再生颤振的铣削加工动力学方程可以表示为时滞线性微分方程，将刀齿周期划分为自由振动阶段和强迫振动阶段，对强迫振动阶段进行离散，运用HAMM方法构建状态传递矩阵，利用 Floquet 理论，判定系统的稳定性，获得系统的稳定性叶瓣图。Matlab软件仿真结果表明，HAMM方法是预测铣削稳定性的一种有效方法。随着离散数的增加，HAMM方法的收敛速度要快于一阶半离散法（1st-SDM）和二阶全离散法（2nd-FDM），离散数较少的HAMM方法能达到和离散数较多的1st-SDM方法和2nd-FDM方法的局部离散误差。此外，在单自由度和双自由度动力学模型下，由三种方法的稳定性叶瓣图可以看出，HAMM方法预测铣削稳定性的精度均好于1st-SDM方法和2nd-FDM方法，计算效率远远高于1st-SDM方法和2nd-FDM方法。实验结果表明，HAMM方法是一种有效的预测铣削稳定性的方法。

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机车传动系统故障特性分析

杨柳1,李强1,杨绍普2,王久健2,顾晓辉2

振动与冲击. 2018, 37(22): 75-80.

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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。本文研究了轴承、齿轮故障下机车动力学模型和信号故障特征。首先，考虑机车传动转子和齿轮啮合刚度、轴承接触刚度对转动系统的影响下，建立机车转子系统动态模型。其次，针对机车传动系统各故障特征类型，给出齿轮、轴承局部故障特征表示。最后，分析系统内有局部故障缺陷时，数值验证系统调幅及调频特征，解释信号能量的传递特性及其相互关系。

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一种EEMD-HHT与时频重排结合的转速曲线估计新方法

荣锋 1,2，陈宁 1,2，郭翠娟 1,2，杨明珠 1,2

振动与冲击. 2018, 37(22): 81-87.

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HHT和传统时频分析存在模态混叠、时频聚焦性差等问题，在估计转速曲线时误差较大。因此，提出将EEMD-HHT与时频重排算法结合的转速曲线估计新方法。首先采用EEMD方法获取IMFs；然后找出参考轴所对应的IMF，并做Hilbert变换；再用时频重排算法处理该IMF两端各一定长度的数据，对得到的重排矩阵进行限制条件的瘠线搜索，并将获得的瞬时频率值代替对应时间点内Hilbert变换得到的瞬时频率值；最后对“拼接”得到的整个时间段的瞬时频率值进行最小二乘拟合，得到光滑的转速曲线。将该方法应用于转子不平衡故障的阶比分析中，对实际测量信号进行了分析，并与HHT估计结果作比较，验证了其优越性和有效性。

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岩石材料动载下泛形裂纹扩展数值模拟

李竟艳，高文学，宋肖龙

振动与冲击. 2018, 37(22): 88-91.

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岩石材料性能的非均匀性导致断裂面呈现不规则的泛形特性，基于此应用ABAQUS软件建立细观有限元模型，由Weibull分布表征岩石材料性能的非均匀性，对动态拉伸载荷下岩石材料泛形裂纹扩展进行研究。计盒维数计算得到的泛形断裂面的复杂度与实验结果吻合。不同应变率下的泛形裂纹扩展路径及复杂度的计算结果表明，断裂面的复杂度随应变率的增加而减小。进一步分析不同应变率下裂纹扩展的泛形断裂能，发现裂纹扩展的能量释放率随应变率增大而增大。低加载率下，裂纹向断裂韧性较小的单元扩展，但随着加载率的提高，裂纹瞬间穿过断裂韧性相对较高的单元，沿自相似方向扩展。上述结果揭示了应变率对泛形裂纹扩展路径的影响与材料性能的细观非均匀性有关，加深了对岩石材料泛形断裂机制的理解。

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建筑结构振动分散控制系统的多目标优化研究

潘兆东1，谭平2，周福霖1,2

振动与冲击. 2018, 37(22): 92-97.

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基于结构可控性指标、粒子群—差分进化多目标混合群(MOHO)算法及分散控制系统结构随机响应求解提出了一种分散控制系统多目标优化设计方法，对结构分散控制系统的作动器位置、数量、控制器参数和子系统划分进行优化。首先，利用结构可控性指标对作动器最优布置楼层进行确定；其次，利用多目标混合群优化算法对分散控制系统内各子系统作动器数量和控制器反馈增益进行优化；以随机地震激励下反映结构振动控制效果和控制策略优劣的双指标作为各子控制系统的优化目标函数。最后，针对一12层框架结构，采用本文提出的分散控制系统多目标优化方法对多种分散控制方案进行有优化设计，并在实际地震动激励下，对优化结果进行时程验证分析，表明该优化方法是稳定、有效可行的，优化得到的分散控制系统较集中控制系统而言有更理想的控制效果。

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基于信标同步触发的机械振动WSNs传输休眠时序调度方法

赵春华，邓蕾，汤宝平，肖鑫

振动与冲击. 2018, 37(22): 98-103.

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针对IEEE 802.15.4协议中载波侦听多路访问/冲突避免机制(CSMA-CA)在机械振动无线传感器网络大量原始数据传输需求下存在多次载波侦听导致高侦听能耗、隐藏节点问题导致高重传能耗等问题，提出一种基于信标同步触发的机械振动无线传感器网络传输休眠时序调度方法。首先利用在信标网络中广播信标帧具有全网周期性同步的特点，对超帧结构进行设计，为物理上具有分散性的各节点接收时序调度信息提供基本的时间同步条件；然后以各节点网络短地址为调度信息并利用信标可携带负载的特点，将调度信息载入信标进行广播，实现低开销的调度信息通知机制；最后，各节点根据调度信息进行数据传输、休眠时序调度，改善并优化CSMA-CA在传输大量原始数据时存在无谓的传输能耗浪费缺陷。较之CSMA-CA，实验结果表明所提方法能有效降低机械振动无线传感器网络数据传输能耗。

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框架结构地震需求敏感性分析

王秀振，钱永久

振动与冲击. 2018, 37(22): 104-110.

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对钢筋混凝土框架结构在128条地震波的作用下用OpenSees软件进行了非线性时程分析，考虑了钢筋的屈服强度、钢筋的弹性模量、结构质量、阻尼比、混凝土的抗压强度、混凝土的弹性模量以及地震动强度7个随机变量的影响，另外对型钢混凝土框架结构进行了非线性时程分析，除上述随机变量外，还考虑了型钢的屈服强度和弹性模量的影响，分别得到了2种框架结构的顶点位移、基底剪力、最大楼层加速度和最大层间位移角4种地震需求，用局部敏感性分析法和全局敏感性分析法2种分析方法进行了敏感性分析，得到了各个随机变量对4种地震需求的影响的敏感性排序，对2种分析方法的结果进行了对比，得到用2种分析方法都影响显著的随机变量以及影响较小的随机变量。该结果对提高框架结构的地震需求分析的计算效率具有实际意义。

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正切型非线性包装系统跌落冲击响应分析的同伦摄动法与修正

郭蓓蓓1, 王军1，2

振动与冲击. 2018, 37(22): 111-114.

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目的本文以正切型非线性包装系统为例，对系统跌落冲击的响应进行理论分析，以得到包装系统跌落冲击响应的近似解析解。方法采用解决普遍非线性振动问题的同伦摄动法，并结合包装工程中的能量法对跌落冲击动态方程的求解进行了算法修正。结果修正后的最大位移响应、最大加速度响应、系统响应周期与Runge-Kutta数值解非常接近，相对误差小于1%。结论该研究为非线性包装系统跌落冲击响应分析提供了一种新的科学有效的近似分析方法。

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高比转速轴流泵正交优化设计研究

袁建平1，范猛1，Giovanni Pace2，陆荣1，李彦军1，付燕霞3

振动与冲击. 2018, 37(22): 115-121.

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为了研究叶轮与导叶匹配对高比转速轴流泵水力性能的影响，以一台比转速为1500的轴流泵为研究对象，选取了叶轮与导叶的7个几何参数进行正交试验优化设计。为拓宽其高效运行范围，本次优化以三个工况点（0.8Qd、1.0Qd、1.2Qd）的加权平均效率为优化目标，采用L18(37)正交表设计了18组方案。在ANSYS CFX 14.5中采用SST k-ω湍流模型对各方案进行定常计算。通过极差分析得到了各参数对目标影响的主次顺序并获得了最优参数组合。结果表明：优化后轴流泵加权平均效率提高了4.68%，大流量下效率提高十分明显，而设计扬程基本不变；叶轮与导叶的动静匹配对轴流泵水力性能有重要影响。

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导轨式抗拉橡胶支座力学性能研究

张龙飞1，陶忠2，潘文1，张战书3,兰香1，曾传旺4

振动与冲击. 2018, 37(22): 122-127.

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针对传统隔震橡胶支座在抗拉性能方面存在的不足，设计了一种为橡胶支座提供附加抗拉刚度导轨式抗拉装置(RTD)，提出了可用于大高宽比高层建筑结构的新型导轨式隔震橡胶支座。借助拟静力试验，研究了天然橡胶支座LNR600和导轨式隔震橡胶支座RTD&LNR600的水平压剪和竖向抗拉力学性能；基于ABAQUS分析平台，研究了单RTD竖向抗拉力学性能本构关系，并分析了RTD&LNR600水平压剪和拉剪状态下的水平力学性能。研究结果表明：压剪状态下导轨式隔震橡胶支座RTD&LNR600的等效水平刚度较天然橡胶支座LNR600略有提高，但不超过4%；RTD&LNR600的竖向拉力-位移关系呈双线性关系，抗拉承载力远大于天然橡胶支座LNR600；RTD的抗拉性能不受偏心状态影响，力学行为可用双线性模型来进行描述；导轨式隔震橡胶支座RTD&LNR600在拉剪状态下水平性能稳定，其拉力相关性不明显。

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正则化Bouc-Wen模型的参数研究及其在金属阻尼器中的应用

李宗京 1,2,舒赣平 1,2

振动与冲击. 2018, 37(22): 128-135.

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针对经典Bouc-Wen模型中存在冗余参数的情况，介绍了一种无冗余参数的正则化Bouc-Wen模型。基于理论推导及编制的Matlab程序，对正则化Bouc-Wen模型各参数与其所描述的金属阻尼器滞回力学参数之间的关系进行了研究。采用局部敏感性分析方法基于两种不同的敏感性评价指标对正则化Bouc-Wen模型各参数的敏感性进行了分析。提出了基于改进模拟退火算法的参数拟合方法并进行试验验证。研究结果表明，金属阻尼器的初始弹性刚度 k_d及屈服力 F_dy均由k_x、k_w、ρ三个参数共同决定，屈服后刚度 k′_d由参数 k_x决定，屈服位移 u_dy由参数 ρ 决定，转向刚度 k_s与初始弹性刚度 k_d 之间的相对关系由参数 σ 决定，弹塑性过渡段的圆滑度由参数 n 决定。正则化Bouc-Wen模型中的 k_w、ρ 两个参数具有较高的敏感性，σ、k_x、n 三个参数具有较低的敏感性。改进的模拟退火算法能够有效实现对正则化Bouc-Wen模型的参数拟合，金属阻尼器试验滞回曲线与拟合曲线能够较好吻合。

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中柱失效下多层框架的连续性倒塌分析与机理研究

乔惠云，杨应华，钟炜辉

振动与冲击. 2018, 37(22): 136-143.

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进行抗连续倒塌分析时，常将多层框架结构简化为单层子结构，然后将单层结构的特性用于多层框架的研究，但目前的简化模型不能够完全反映结构整体受力特性，忽略了空腹机制的作用。基于两跨梁模型研究单层框架的抗倒塌机制，提出梁机制和悬链线机制的抗力计算方法，并通过算例验证了所提方法的正确性；为分析空腹机制对多层框架整体受力的影响，建立顶层梁柱模型，引入空腹机制对抗连续倒塌的贡献指标；分析俄亥俄综合大楼拆除四根柱后的抗倒塌机制。结果表明简化模型是合理的，多层框架结构顶层和底层表现出不同的倒塌机制，空腹机制与其它机制共同抵抗不平衡荷载，俄亥俄综合大楼具有较好的抗连续倒塌性能。

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局部涂敷硬涂层薄板有限元建模及涂敷位置优化

刘蓉，孙伟

振动与冲击. 2018, 37(22): 144-150.

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在固定硬涂层形状的前提下寻找最佳的涂敷位置是工程化实施硬涂层阻尼减振的迫切需求。本文以硬涂层薄板为例，研究实现上述硬涂层阻尼优化的方法。首先，针对局部涂敷硬涂层的薄板结构完成了有限元建模，并利用修正模态应变能法确定了涂层复合结构的模态损耗因子。以获得单阶次或者多阶次最大模态损耗因子为目标，以涂层位置为设计变量描述了本文的硬涂层薄板阻尼优化模型。进而，提出利用多种群遗传算法求解该优化问题的方法。最后，以单面局部涂敷NiCrAlCoY+YSZ硬涂层材料的悬臂板为例进行了实例研究，基于所创建的优化模型和优化方法，在薄板上实施了硬涂层涂敷位置的优化，并用实验验证了硬涂层板阻尼优化结果的合理性。

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基于NeighCoeff和Hilbert包络分析的行星齿轮箱太阳轮故障诊断

程宝安 1,2，庞新宇 1,2，杨兆建 1,2，邵杰 1,2

振动与冲击. 2018, 37(22): 151-157.

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针对行星齿轮箱的振动信号易受噪声干扰、信号成分复杂以及太阳轮易发生故障的问题，提出了基于小波相邻系数（NeighCoeff）和Hilbert包络相结合的行星齿轮箱太阳轮故障诊断方法。建立了太阳轮局部故障的振动信号仿真模型，模拟噪声干扰下的太阳轮故障，利用NeighCoeff对含噪信号降噪，对降噪后的信号进行Hilbert包络解调处理。仿真结果可得到更为清晰的频谱，证明该方法能够有效提取受噪声影响的故障特征频率。将该方法应用到行星齿轮箱太阳轮的故障诊断实验中，通过对太阳轮正常、断齿和磨损三种故障下振动信号进行实验，准确识别太阳轮故障，结果表明应用该方法能够有效地提高太阳轮故障诊断的准确性。

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基于改进布谷鸟搜索的Benchmark框架损伤识别

黄民水, 乾超越, 程绍熙, 卢海林

振动与冲击. 2018, 37(22): 158-163.

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工程优化问题中，布谷鸟搜索存在收敛精度不高、收敛速度较慢等弊端，本文从发现概率和随机步长两方面对布谷鸟搜索进行改进，并成功进行了实验室结构的损伤识别。首先，对基本布谷鸟搜索进行了改进，发现概率自适应调整，步长自适应变化。然后，基于MATLAB建立了英属哥伦比亚大学实验室ASCE Benchmark框架的3维有限元模型，并提取了6种损伤工况的实测频率和振型。最后，基于频率因子和振型因子建立了目标函数，分别采用基本布谷鸟搜索和改进布谷鸟搜索进行了损伤识别，结果表明，改进的布谷鸟搜索能够更好地识别结构的损伤位置和损伤程度。本文研究成果具有一定理论研究意义和较高的工程应用价值，可应用于实际工程的损伤识别和健康监测。

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基于小波包字典优化的旋转机械振动信号压缩感知重构方法

温江涛1，孙洁娣 2，于洋1，闫常弘1

振动与冲击. 2018, 37(22): 164-172.

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采用工业无线传感器网络的机械状态监测系统需要进行复杂的数据压缩和高精度的重构，而传感器网络节点资源受限，针对这一问题本文提出基于小波包字典优化的旋转机械振动信号压缩感知重构方法。该方法首先结合小波包多分辨率分析及K-SVD字典训练方法，提出了小波包字典优化方法代替传统的正交基字典稀疏表示方法，提高稀疏度。其次根据旋转机械振动信号自身特征，提出用块稀疏贝叶斯学习最大期望值算法，代替传统仅依赖于稀疏假设的算法实现信号重构。实际轴承振动信号仿真结果表明，该方法相对于传统的压缩感知方法重构性能明显提高。

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山区桥梁双柱式桥墩设置BRB的减震效果研究

李晓莉1，孙治国2，刘昕1，王东升1,3

振动与冲击. 2018, 37(22): 173-180.

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为增强山区桥梁双柱式桥墩的横向抗震能力，本文尝试采用一种新型的耗能减震构件，即在双柱式桥墩之间设置防屈曲支撑(Buckling-Restrained Braces, BRB)，并通过数值分析手段研究其减震效果。考虑双柱式桥墩的规则性和BRB布置形式，利用SAP2000软件建立含BRB的双柱式桥墩横向分析模型。采用谱分析和非线性时程分析，得到双柱墩小震（线弹性）和大震（弹塑性）作用下的内力和变形。引入减震率和残余位移角两个参数，通过增量动力分析方法，进一步验证BRB对双柱式桥墩抗震能力的提升作用。结果表明，小震下BRB可减轻规则与非规则双柱式桥墩承受的地震力，但会一定程度增加基础剪力，大震下BRB能够有效减小桥梁墩柱最大塑性变形并控制其残余位移角。

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基于混合插值与多项式修正的局部特征尺度分解端点效应抑制方法

张征1，崔伟成2

振动与冲击. 2018, 37(22): 181-186.

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局部特征尺度分解是一种有效的自适应分解方法，广泛地应用于轴承、齿轮等旋转机械的故障诊断中。为了提高分解质量，给出了一种混合插值与多项式修正的端点效应抑制方法。首先，对端点邻域数据段，采用线性方法由均值点插值均值曲线；然后，将端点邻域插值的均值曲线与中间数据段合并，按照三次样条方法插值形成均值曲线；最后，在端点邻域，采用多项式拟合方法修正均值曲线，保证所得分量的光滑性。通过仿真数据和轴承内圈故障振动数据的分析，验证了方法的有效性。

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洪水冲刷对重载铁路桥梁动力性能影响及加固技术

陈树礼 1，2，刘永前 1,2

振动与冲击. 2018, 37(22): 187-193.

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洪水冲刷可导致桥墩基础周围土体受到破坏，轻则降低基础承载能力和动力性能，重则导致桥梁垮塌事故发生，洪水冲桥墩问题直接影响铁路运营安全，冲刷是引起桥梁墩台失稳破坏的主要因素之一。以某重载铁路为工程背景，针对洪水冲刷作用下的浅埋式桩基础桥梁，开展冲刷对桥梁的动力性能影响规律和加固技术研究。结果表明：洪水冲刷引起桩基础出现不同程度外露，进而导致桥墩及主梁动力响应增大，随冲刷深度增加，桥墩墩顶横向振幅和桥跨跨中横向振幅等参数逐渐增大，而桥墩自振频率逐渐降低；桥墩振动增大直接导致主梁振动加剧，墩顶横向振幅及梁跨跨中横向振幅等多项动力性能参数与基础冲刷深度和列车速度均成正比；针对冲刷病害，提出了基于提高基础稳定性和整体加固目标的“增补桩基法+增大基础法”并完成实际工程应用，在加固前后进行动力性能试验，加固后桥墩及主梁横向振动明显降低，加固效果显著。

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复合材料层合结构破坏机理及压溃吸能特性分析

牟浩蕾，张雪晗，宋东方，冯振宇，解江

振动与冲击. 2018, 37(22): 194-200.

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针对纤维增强复合材料层合试验样件，对[90]16和 [0]16试验样件分别纤维增强复合材料层合试样级试验样件进行拉伸、压缩试验，对[±45]4s试验样件进行剪切试验，分析其破坏模式，通过SEM扫描电镜观察试验样件断口微观形貌，揭示其细观破坏机理。针对纤维增强复合材料层合薄壁结构，对[±45/0/0/90/0]s圆管、[0/90]3s不同铺层角度复合材料薄壁圆管和、[0/90]3s方管和[±45]3s方管进行准静态轴向压溃试验，分析其宏观破坏模式及吸能特性。结果表明：宏观破坏模式是多种细观破坏机理共同作用的结果，包含纤维断裂、基体变形与开裂、层间与层内裂纹扩展等；[±45/0/0/90/0]s圆管为横向剪切破坏模式，比吸能最大；[0/90]3s圆管为层束弯曲失效模式，比吸能次之；[0/90]3s方管为层束弯曲失效模式，比吸能第三大；[±45]3s方管为局部屈曲失效模式，比吸能最小；[0/90]3s圆管和[0/90]3s方管为层束弯曲失效模式，[0/90]3s圆管比吸能相对[0/90]3s方管较大；因此，。不同铺层角度方式复合材料层合薄壁圆管和方管压溃破坏失效模式差异较大，比吸能差距也较大，通过合理设计可以改变复合材料层合薄壁结构破坏模式，进而改进其吸能特性。

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基于多频简谐调制的风力机叶片裂纹检测研究

耿晓锋1,2, 魏克湘1,2，王琼1,2，吕庆1

振动与冲击. 2018, 37(22): 201-205.

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多频简谐激励调制是一种无损检测方法，采用低频振动信号和高频超声波信号在裂纹损伤处的非线性调制来检测损伤。本文以1kW风力机叶片为实验对象，研究了多频简谐激励调制下，叶片裂纹位置和长度对结构非线性动力学响应特性的影响规律。研究结果发现，含裂纹损伤的风机叶片会出现明显的非线性调制现象，且随着裂纹长度的增加、以及裂纹位置距叶根越远，非线性调制现象明显增强。实验验证了该方法用于风机叶片早期裂纹损伤检测的可行性。

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共振加强奇异值分解方法及其在涡桨发动机振动监测中的应用

程礼1,2，梁涛1，郭立3，程铭1,4，曾林1

振动与冲击. 2018, 37(22): 206-213.

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奇异值分解(Singular value decomposition, SVD)可以将信号线性分解成一系列分量。本文通过深入分析基于Hankel矩阵的奇异值分解的基本原理和存在问题，揭示了奇异值分解的线性分解、重构分量频域无序和带通滤波等三个基本特性，据此提出了共振加强奇异值分解方法。数值仿真结果表明：所提方法不但很好地解决了传统奇异值分解的频域无序性问题，而且可以在任意给定频率附近，实现给定带宽的线性带通滤波，完整提取原始信号的幅值、频率和相位特征。这是现有各信号处理方法都没有的优势。将所提方法成功应用于某型涡桨发动机振动监测中的特征频率提取，结果表明方法具有优异的特征提取效果。

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车辆悬挂LQR主动控制权矩阵权重参数优化

张进秋1，彭虎2，张建1，彭志召1，孙宜权1，王辉3

振动与冲击. 2018, 37(22): 214-219.

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针对LQR主动控制算法权矩阵Q和R的取值困难的问题，为降低权矩阵取值复杂度，分别设计权矩阵Q和R的权重参数和。建立优化目标函数f，并分析了和对f的影响。利用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)的快速搜索能力，通过降维寻优，得到目标函数最优解。对GA-LQR的振动控制性能分析结果表明，GA-LQR对乘坐舒适性和操纵稳定性的改善比LQR明显，目标函数f的值更小。该LQR权矩阵权重参数优化方法简单有效，适用于车辆工程领域。

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准零刚度隔振系统吸引子迁移控制研究

赵建学1,俞翔2,柴凯1,杨庆超2

振动与冲击. 2018, 37(22): 220-224.

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以准零刚度隔振系统为对象，建立动力学模型，画出分岔图研究吸引子共存现象，并利用点映射方法分析共存吸引子的吸引域。在共存吸引子的吸引域之间建立一条目标轨道，分别采用开环、闭环和开环加闭环控制方法使系统迁移至目标轨道，实现系统吸引子迁移控制。同时，对开环加闭环控制方法的稳定性和可行性进行了分析。仿真结果表明：该系统同时存在两个稳定的不同振幅的周期1吸引子，开环和闭环控制方法难以使系统迁移至目标轨道，无法实现吸引子迁移控制；开环加闭环控制可使系统沿着目标轨道在两个周期1吸引子的吸引域之间进行迁移，当其运行在较大振幅的周期1吸引子上时，可控制系统迁移至较小振幅的周期1吸引子上，从而实现减振降噪。该方法为提高非线性隔振系统的隔振效果提供了新的思路。

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海冰作用下锥体结构对近海桩柱式风力机结构动态响应影响

许子非，叶柯华，李春，丁勤卫，杨阳

振动与冲击. 2018, 37(22): 225-230.

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基础结构的稳定是海上风力机安全运行的根本保障，以NREL 5 MW风力机为研究对象，基于Ralston理论建立海冰载荷，同时并考虑湍流风作用，研究安装不同锥角的锥体结构风力机结构动态响应并与未安装锥体结构的风力机进行对比，结果表明，锥体结构能有效降低海冰载荷，减小塔顶加速度及塔顶位移。当锥体角度由70°减小至40°时，海冰载荷减小83.8%，塔顶平均加速度减小43.1%。较之于无锥体结构时，安装40°锥体结构使得塔架一阶固有频率与风轮一阶固有频率处的塔顶位移幅值减小45%与85%。

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基于流固耦合的立式拱顶储罐油气爆炸数值模拟

欧益宏1,李润1,袁广强2,李国庆1,王世茂1

振动与冲击. 2018, 37(22): 231-237.

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针对1000m3立式拱顶储罐内部油气爆炸进行了数值模拟，并对625L模拟储罐进行了模型实验验证，对耦合条件以及非耦合条件下储罐内部爆炸流场发展，不同测点超压变化进行了对比分析，同时对耦合条件下储罐结构响应进行了研究。结果表明：（1）非耦合条件与耦合条件下流场发展以及超压变化趋势基本相同，但耦合条件下储罐内部完全燃烧时间比非耦合条件下慢60ms，超压荷载峰值比非耦合条件下小10%左右。（2）爆炸时，储罐顶部变形最大，最大应力区域出现在顶-壁，底-壁连接处，考虑到实际工程情况，设计时应遵循“弱顶盖连接设计”原则。

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两自由度减振镗杆系统的安全盆侵蚀与分岔

石建飞1，苟向锋1,2,张艳龙1

振动与冲击. 2018, 37(22): 238-244.

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建立了考虑橡胶圈和阻尼液非线性因素的两自由度减振镗杆系统的动力学模型，研究了系统的安全盆侵蚀与分岔过程。用数值方法得到初值对系统安全性的影响以及系统参数对安全盆侵蚀演变的影响。在一定的参数条件下，系统安全盆出现了边界分形侵蚀和边界光滑侵蚀两种不同的侵蚀过程。根据系统安全盆在侵蚀过程中的最大Lyapunov指数分析了安全盆边界分形侵蚀与边界光滑侵蚀的区别。结果表明，当安全盆出现边界分形侵蚀时，其相应最大Lyapunov指数大于零，系统出现混沌运动；而当安全盆出现边界光滑侵蚀时，其相应最大Lyapunov指数始终小于零，系统在安全盆侵蚀过程中并没有出现混沌运动，只是振动幅值增大并跳出安全区域。研究结果对减振镗杆系统的参数选择具有一定的指导意义。

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基于改进均匀设计响应面的桥梁地震易损性分析

李辉辉1，李立峰1,2

振动与冲击. 2018, 37(22): 245-254.

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为研究传统均匀设计响应面法中设计变量多重相关性现象和变量相关性条件对地震易损性分析的影响，引入Nataf变换，结合基于样条变换的均匀设计响应面法，提出了一种基于改进均匀设计响应面的桥梁地震易损性分析方法。以一座多跨连续梁桥为例，基于OpenSees建立其动力有限元模型并进行非线性时程分析，考虑了墩柱、板式橡胶支座、铅芯橡胶支座和桥台四类构件的地震损伤，分别在考虑变量相关性前后、采用传统及改进均匀设计响应面法对算例桥梁地震易损性分析进行了比较。研究结果表明，考虑变量相关性后，改进均匀设计响应面法建立的响应面模型能更好地拟合结构功能极限状态函数；桥梁构件及系统在不同损伤状态下的损伤超越概率均有一定程度的降低；忽略变量相关性的影响、采用传统均匀设计响应面法均可能会高估桥梁结构在地震作用下的易损程度。

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桥上半封闭式声屏障在轮轨动力作用下的振动分析

罗云柯,张迅,李小珍,阮灵辉

振动与冲击. 2018, 37(22): 255-262.

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以某高速铁路桥上半封闭式声屏障为工程背景，实测了高速列车轮轨动力作用下轨道结构、箱梁和声屏障的振动加速度，并对实测信号进行时程和1/3倍频程分析。然后，建立箱梁-声屏障耦合振动分析模型，基于车-线-桥耦合振动理论对声屏障的振动进行仿真分析，并将仿真分析结果与实测数据进行对比以验证模型的准确性。最后，基于数值模型分析了声屏障振动的分布规律，并讨论了降低声屏障振动的措施。结果表明：实测钢轨、轨道板、底座板、箱梁和声屏障的振动响应衰减规律与振动传递路径相符；实测声屏障立柱的振动优势频段为20～63 Hz和100～500 Hz，峰值频率为40 Hz和125 Hz；采用箱梁-声屏障耦合振动分析模型可以较好地模拟箱梁和声屏障的车致振动；声屏障的振动随车速提高而增加的规律约为3.5 dB/(50 km/h)；跨中横截面的声屏障振动要大于其它横截面，且声屏障横梁的振动要比立柱大；提高声屏障的刚度和对箱梁翼缘板增设斜撑均可降低声屏障的振动，且后者的效果更明显。

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航空发动机叶片水流量检测方法及实验

谢苗黄亚星卢进南李海超赵泽华

振动与冲击. 2018, 37(22): 263-268.

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叶片是航空发动机的重要组成元件，叶片的流通特性关系着发动机的工作性能和安全。以某型叶片为研究对象，设计其流量测试系统，考虑叶片特殊结构及测试系统的工作原理，提出一种遗传算法和PID控制方法相结合的PLC控制系统，确保测试系统性能稳定和测量结果准确。仿真结果表明：遗传算法整定PID控制相对于传统PID控制在优化效率上具有明显的优势。实验证明基于遗传算法的PID控制方法，使叶片流量检测准确性提高了0.17%，测量重复性达到100%。

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某乘用车整车怠速抖动控制研究

程林，刘启华，赵文杰，刘涛，姜耀全，张小虎，卢伯聪

振动与冲击. 2018, 37(22): 269-273.

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本文针对某乘用车整车怠速抖动问题，首先采用NVH测试手段分析整车抖动频谱特征，然后进行动力总成悬置系统刚体模态试验来确认抖动产生原因，再通过整车16自由度CAE模型进行悬置刚度参数敏感度分析，并提出有效的优化方案，对于怠速抖动的解决具有一定参考意义。

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2018年, 第37卷, 第22期　
刊出日期：2018-10-28

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