振动与冲击

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平焕1，张凯1,2，周岱1,3,4，包艳1，朱宏博1，韩兆龙1

振动与冲击. 2018, 37(23): 1-8.

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对低雷诺数下（Re=150）的直圆柱和波型圆柱在均匀来流中横向受迫振动问题进行了数值模拟研究。通过改变运动圆柱的振动频率和振幅，对比分析直圆柱和波型圆所受的升阻力，确定各自的锁定区间并分析在锁定状态下升力及尾涡的变化特性。数值结果表明：虽然波型圆柱在静止情况下能够完全抑制卡门涡街，但在受迫振动下其升阻力随振动频率的变化趋势与直圆柱相似。波型圆柱对升力和阻力的抑制分别体现在低频和高频段。升力曲线在锁定和非锁定状态下表现不同。锁定状态下，直圆柱尾流区的泻涡模式由振动频率控制，观察到2S和C(2S)两种模式；波型圆柱尾流区观察到唯一一种泻涡模式。

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保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响研究

温保岗1,2，韩清凯1,2，乔留春1,2，周献文1,2

振动与冲击. 2018, 37(23): 9-14.

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保持架间隙是滚动轴承重要的结构参数之一，直接影响着保持架受力和运动，进一步影响保持架的磨损甚至轴承的寿命。本文在分析轴承保持架间隙与受力关系的基础上，定性分析间隙对保持架磨损的影响。在搭建滚动轴承试验器上开展了保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损影响的试验研究。在相同试验条件下对采用不同引导间隙和兜孔间隙保持架的被试轴承进行试验，分析了保持架和钢球表面形貌磨损特征，对比不同保持架间隙（引导间隙、兜孔间隙）条件下保持架与钢球的磨损程度，获得保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响规律。试验结果表明，保持架间隙明显影响着保持架兜孔、引导面的磨损，增加引导间隙及兜孔间隙可以降低保持架引导面的磨损。本文研究为保持架间隙的设计与优化提供了理论参考和试验依据。

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内输多相流与绕流耦合作用下立管非线性振动

马天麒1，顾继俊2，孙旭2，张赢今2，李明婕3

振动与冲击. 2018, 37(23): 15-23.

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对内输多相流立管在内流与外部绕流耦合作用下的振动响应进行了分析。建立了内部多相流-立管-外部绕流的耦合方程，并采用广义积分变换法（GITT）将偏微分方程转化为常微分方程进行求解。分析得到立管内两相流会引起立管自然频率的降低，管内流速越高，立管越长，两相流作用越明显。立管在内流和外部绕流共同作用下，管内含气量的增加，使立管发生涡激振动的频率降低，振动幅值增加。管内两相流的作用会引起立管在较小的外部流速下发生共振并且会诱发立管发生更高一阶模态的振动。外部绕流流速越高，管内两相流作用越小。

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考虑自由液面影响的有限长脉动圆柱远场声学分析

郭文杰2,李天匀1,3,4,朱翔1,3,4,林子钦1,4

振动与冲击. 2018, 37(23): 24-30.

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本文建立了水下有限长圆柱脉动振动时，考虑自由液面影响的声散射模型，并提出了求解其远场声压的解析方法。通过结合镜像原理和Graf加法定理，得到声压在波数域表达式，再利用稳相法即可求得远场声压。研究结果表明，由于自由液面影响，辐射声和散射声会产生类偶极子效应，一方面随着浸没深度或者频率的增大，远场声压指向性分瓣增多；另一方面场点声压随浸没深度周期波动，但散射声压呈波动衰减。此外，若频率较低且浸没深度大于五倍半径，互散射效应可以忽略不计，这给有限空间内如何合理忽略目标与界面互散射效应提供参考。

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旋转机械一维深度卷积神经网络故障诊断研究

周奇才，刘星辰，赵炯，沈鹤鸿，熊肖磊

振动与冲击. 2018, 37(23): 31-37.

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针对旋转机械故障特征需要人工提取、复杂故障识别困难和诊断模型鲁棒性差的问题，本文在经典卷积神经网络AlexNet基础上，提出基于一维深度卷积神经网络的故障诊断模型，模型采用改进的一维卷积核和池化层以适应一维时域信号。相比传统智能诊断模型的人工特征提取和故障分类两阶段模式，本模型将两者合二为一：首先利用多个交替的卷积层和池化层完成原始信号自适应特征学习，然后结合全连接层实现故障诊断。通过轴承和齿轮箱健康状态监测实验表明，本文提出模型可以实现高精度、稳定和快速的故障诊断，并与BP神经网络、SVM、一维LeNet5模型和经典AlexNet模型对比，证明本文提出模型的优势，最后通过PCA可视化分析说明模型在特征提取上的有效性。

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迭代广义解调齿轮信号分离的变转速滚动轴承故障诊断

李红贤，汤宝平，韩延，邓蕾

振动与冲击. 2018, 37(23): 38-44.

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变转速工作模式下齿轮啮合会掩盖故障轴承冲击特征，使得轴承故障特征信息微弱，针对变转速工作模式下齿轮啮合对轴承信号干扰的问题，提出了迭代广义解调齿轮信号分离的变转速滚动轴承的故障诊断方法。首先采用峰值搜索算法从包络时频谱中提取峰值啮合倍频(Instantaneous Dominant Meshing Multiply, IDMM)，通过IDMM趋势线构造各广义解调函数的相位函数。其次利用迭代广义解调算法(Iterative Generalized Demodulation, IGD)分离出齿轮啮合频率及倍频信号，对剩余信号采用谱峭度算法确定由故障轴承引起的高频共振滤波参数并进行带通滤波。最后，以提取的IDMM趋势线作为轴承转频，对滤波结果进行角域重采样，根据阶次谱对滚动轴承运行状态予以判断。仿真信号和实测信号的处理结果证明该方法在无转速计设备的情况下能有效的实现变转速滚动轴承的故障诊断。

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基于Hyperworks的六边形蜂窝板铺层等效建模方法研究

徐洋王皓辉盛晓伟

振动与冲击. 2018, 37(23): 45-51.

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本文提出了一种蜂窝材料的铺层等效有限元模型构建方法，可快速准确分析蜂窝板材力学特性。基于该模型所计算的模态、静力和冲击谱结果与目前常用有限元建模方法计算结果进行对比，可以得出结论：铺层等效有限元模型不仅与原蜂窝板力学性能有较好的一致性，而且可以极大地提高计算效率。同时，基于该铺层等效有限元模型，将复杂参数与目标量化，建立蜂窝胞元尺寸长度与前五阶模态频率的函数关系，可为结构的优化设计提供依据。

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永磁电机驱动的刮板输送机主传动系统机电耦合扭振动态分岔研究

鞠锦勇1,2，李威1，范孟豹1,王禹桥1，杨雪锋1

振动与冲击. 2018, 37(23): 52-60.

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采用大功率交流永磁电机直接驱动刮板输送机能够减少中间传动环节，达到有效提高系统工作可靠性和减少能耗的目的，是现今大功率机电装备的发展趋势。本文以永磁电机驱动的刮板输送机为研究对象，考虑永磁电机直接驱动形式下刮板输送机主传动系统的扭振失稳现象以及该系统复杂机电耦合的特点，首先根据拉格朗日—麦克斯韦方程建立系统全局机电耦合动力学模型，并据此运用Hurwitz判据研究一类非线性摩阻作用下主传动系统Hopf分岔特性，给出系统稳定域。在刮板输送机主传动系统扭振失稳边界点，采用中心流形理论对系统动力学模型进行降维，并依据规范型理论给出系统Hopf分岔类型与非线性摩阻系数的关系，数值仿真结果验证了理论分析的正确性。研究结果可为永磁电机驱动下刮板输送机系统的稳定运行提供理论依据。

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漂浮式风力机结构动力学响应TMD控制及其参数优化研究

丁勤卫，郝文星，李春，叶柯华，王渊博

振动与冲击. 2018, 37(23): 61-70.

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漂浮式风力机的稳定性研究已成为风电领域中颇具挑战性的问题。分别采用湍流风谱和波浪谱方法建立速度、方向均剧烈波动的湍流风和不规则波，以ITI Barge平台漂浮式风力机为研究对象，提出在机舱配置调谐质量阻尼器（TMD，Tuned Mass Damper）对风力机进行稳定性控制，基于气动-水动-伺服-弹性仿真平台FAST计算了风波联合作用下TMD风力机的动力学特性，并进一步采用多岛遗传算法对TMD诸结构参数（质量、刚度和阻尼）进行优化设计。结果表明：机舱配置TMD可实现漂浮式风力机稳定性的控制，平台横荡、横摇运动幅度和塔尖侧向位移均明显减小；塔尖侧向位移及平台横摇幅值随TMD质量增加均呈现出先减小后增大的趋势，阻尼及刚度变化对其影响较小；质量为21393kg、阻尼为13635 N/(m/s)及刚度为6828N/m为最优的TMD结构参数；配置优化TMD后，漂浮式风力机横摇运动及塔尖侧向位移降低效果更明显，稳定性分别提高了约53%和50%。计算结果验证了所提出TMD控制、优化方法及优化结果的有效性和可靠性，可为海上漂浮式风力机的稳定性研究提供参考。

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含环向表面裂纹充液圆柱壳的耦合振动特性分析

金超超 1,2,3,朱翔 1,2,3，李天匀 1,2,3，方敏 1,2,3

振动与冲击. 2018, 37(23): 71-77.

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对含环向表面裂纹有限长充液圆柱壳的耦合振动特性进行了研究。通过在经典薄壳理论中引入基于断裂力学的线弹簧模型来模拟环向表面裂纹。根据理想流体在柱坐标系下的Helmholtz波动方程，通过添加流体载荷项建立了圆柱壳的耦合振动控制方程，采用波传播法描述耦合系统的振动。采用优化迭代的方法有效地计算对应特定固有频率的轴向波数，在此基础上迭代计算满足特定边界条件和裂纹位置连续性条件的固有频率值。为验证本文方法的准确性，将计算模型分别退化为真空中完善圆柱壳，真空中裂纹圆柱壳，充液完善圆柱壳，三种情况与文献及有限元方法结果进行对比，验证了本文方法的准确性。讨论了裂纹深度和裂纹位置参数对圆柱壳固有频率改变的影响。

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基于集成阶频谱相关的滚动轴承故障特征提取

夏均忠，汪治安，陈成法，吕麒鹏，刘鲲鹏

振动与冲击. 2018, 37(23): 78-83.

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变转速工况下，传统的循环平稳方法不能有效提取滚动轴承故障特征，提出基于集成阶频谱相关的滚动轴承故障特征提取方法。通过研究角度/时间循环平稳理论，指出阶频谱相关可以有效提取变转速下滚动轴承故障特征，应用循环调制谱实现离散信号的阶频谱相关估计，在此基础上计算信号的集成阶频谱相关，提取轴承故障特征阶次。对仿真和实验数据分析表明：集成阶频谱相关不仅可以有效提取变转速工况下滚动轴承故障特征，且较之阶频谱相关，具有更加清晰直观的表达效果。

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基于Lighthill声类比理论的离心泵流动诱导噪声的数值模拟

司乔瑞，盛国臣，衡亚光，崔强磊，黄凯乐

振动与冲击. 2018, 37(23): 84-90.

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基于Lighthill声类比理论，采用计算流体力学（CFD）和计算声学（CA）相结合的方法对离心泵内部声场进行了求解。首先采用SST SAS湍流模型对离心泵内部流场进行了三维非定常计算，并导出声源信息，然后在流场计算的基础上进行声学求解，比较研究声学边界元法和声学有限元法在应用时的优劣。结果表明：蜗壳隔舌附近压力脉动强度最大、声压级最高，叶片通过频率及其倍频是各监测点上压力脉动的主频，叶轮与隔舌间的动静干涉作用是离心泵流动诱导噪声的主要原因；随着流量的增加，总声压级逐步减小，在效率最高工况点上达到最小，随后上升，偏离效率最高工况点越多，宽频分量越明显；声学有限元法对离散噪声的预估比较有优势，能综合考虑湍流噪声的各种声源，对内流场宽频噪声问题的研究更占优势。

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基于粘滞阻尼器的连续梁桥减震控制振动台试验研究

李勇1,3 王维凝2,3 闫维明3

振动与冲击. 2018, 37(23): 91-97.

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目前国内外高烈度设防区域的很多桥梁均安装了粘滞阻尼器用于减震控制，其设计与布置均依据动力弹塑性理论分析和数值模拟，不仅缺乏振动台试验的验证，同时减隔震桥梁经历地震考验的相关工程实例也很少。设计并制作了孔隙式粘滞阻尼器，通过循环往复加载试验获得了其滞回曲线，进而将其安装在一座连续梁桥缩尺模型上进行了振动台试验，通过试验验证了其减震控制效果。试验结果表明：粘滞阻尼器的阻尼力随着频率的增大而增大，实测滞回曲线接近于椭圆；粘滞阻尼器对连续梁桥固定墩墩底应变和墩顶位移及活动支座的纵向位移响应均有良好的减震控制效果，不同地震波输入下的减震率有所不同，最大减震率达到50%以上。

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基于梯度化因子功能梯度点阵夹层结构优化设计

朱凌雪1，王同银2，朱晓磊2

振动与冲击. 2018, 37(23): 98-103.

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本文基于梯度化因子的概念，利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件分别探讨了面板梯度化因子、芯层梯度化因子对梯度结构抗爆吸能的影响。并以梯度化因子为优化变量，以结构的面比吸能为优化目标，结合遗传算法对梯度结构进行优化。结果表明，梯度化因子的改变会影响结构的变形模式；面板梯度化因子对面比吸能影响很大，由于面板结构对芯子变形的约束，芯层梯度化因子的影响较小。与非梯度结构相比，优化后的梯度结构吸能值提高了一倍，这对提高点阵夹层结构的抗爆性能具有指导意义。

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基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制

党选举，彭慧敏，姜辉，伍锡如

振动与冲击. 2018, 37(23): 104-110.

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针对开关磁阻电机直接瞬时转矩控制系统，引入分数阶积分与分数阶微分和二维模糊控制器结合，设计模糊分数阶PID转速外环控制器，提出了基于模糊分数阶PID的开关磁阻电机直接瞬时转矩控制。引入的分数阶积分可以提高系统的稳态精度，削弱积分饱和引起的大超调；运用分数阶微分解决原一阶微分易受高频干扰的缺点，提高系统的动态性能。基于RBF神经网络设计了PID转矩内环控制器，适应开关磁阻电机的非线性，实现转矩的双闭环跟踪控制。通过仿真表明：该文设计的模糊分数阶PID转速外环控制器能有效减小开关磁阻电机转矩脉动，系统快速达到稳态，动态性能良好，适应性强。

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基于风压谱和Hermite模型的大跨干煤棚风压场数值模拟研究

黄铭枫1，孙轩涛1，冯鹤1，楼文娟1，胡德军2

振动与冲击. 2018, 37(23): 111-119.

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大跨干煤棚表面风荷载脉动特性较为复杂，通常需要风洞试验确定。基于四参数风压谱模型和Hermite变换关系，提出了大跨干煤棚随机风压场的数值模拟方法，可以对非高斯风压场进行高效模拟。同时在该方法中引入基于非高斯数字特征的误差控制参数，能够在给定精度要求的条件下修正模拟结果。利用某大跨开敞式干煤棚网架结构的刚性模型高频测压风洞试验数据，得到了大跨干煤棚表面各区域风压谱模型的四个参数，并采用本文方法开展了大跨干煤棚非高斯风压场的数值模拟。最后通过数值模拟结果和风洞试验结果在时域和频域内的对比，验证了本文方法的有效性。

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非线性量子信息熵及其在行星变速箱特征提取中应用

丁闯1 张兵志1,2 冯辅周1 吴守军1

振动与冲击. 2018, 37(23): 120-125.

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针对行星齿轮箱在运行时产生的非线性非平稳振动，且故障特征信号微弱等问题，将量子理论引入到信息熵的计算中，提出一种全新的特征提取方法-非线性量子信息熵。根据量子理论的基本概念，建立了振动信号的多量子位系统；分析了将量子理论引入到信息熵中的可行性，进而提出了非线性量子信息熵基本原理，并对行星齿轮箱三种运行状态振动仿真信号的非线性量子信息熵进行了分析，说明了量子信息熵作为行星齿轮箱特征的可行性；最后以行星变速箱故障试验台采集到的五种状态信号为例，计算其非线性量子信息熵，并与时频熵和样本熵计算结果对比。结果表明，非线性线性量子信息熵能够有效的提取行星变速箱运行状态特征。

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基于速差反馈的独立车轮曲线通过性能分析

李浩天，池茂儒，梁树林，吴兴文

振动与冲击. 2018, 37(23): 126-132.

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为解决独立车轮在直线和大半径曲线上的自导向能力不足和耦合轮对在小半径曲线上通过能力有限的问题，本文从胎-地接触力学角度分析了汽车差速器差速原理，引出了机械差速器和等转矩分配差速策略应用于铁道车辆的适应性。根据车轮运动状态，理论推导了曲线半径分界点的存在。提出了一种独立车轮电差速控制方法,建立了独立车轮轻轨车辆的动力学模型和基于速差反馈的控制模型，并根据电机特性，选取控制系统关键参数。通过SIMAT联合仿真，分析了不同半径下独立车轮轻轨车辆的曲线通过性能。结果表明：通过小半径曲线时，差速轮对曲线通过性能较优，动力学行为类似于独立车轮；通过大半径曲线时，同速轮对曲线通过性能较优，自导向能力和动力学行为类似于耦合轮对；通过中等半径曲线时，两种控制方式的车轮曲线通过性能差距缩小，且存在交叉互换的曲线半径分界区，分界区位于500 m~600 m之间。

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基于变分模态分解与流形学习的滚动轴承故障特征提取方法

戚晓利，叶绪丹，蔡江林,郑近德，潘紫微，张兴权

振动与冲击. 2018, 37(23): 133-140.

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提出了一种基于变分模态分解（VMD）和局部切空间排列算法（LTSA）相结合的滚动轴承早期故障诊断方法。首先利用VMD算法分解圆柱滚子轴承不同运行状态下的振动信号，通过求取瞬时频率均值并绘制特征曲线筛选出与原始信号最为相关的几个分量，然后，提取有效模态分量的时域指标和小波包频带分解能量所构成的频域指标，两者结合初步提取高维故障特征后，再应用LTSA对故障特征进行二次提取，最后输入到K-means分类器进行故障类型识别。通过对圆柱滚子轴承故障诊断的对比实验分析，发现：（1）与时频特征+LTSA、EMD+LTSA 特征提取方法相比，VMD+LTSA方法在分类效果和识别精度上更具优势；（2）LTSA算法相比较于PCA、LPP、LE、ISOMAP和LLE这5种算法，其降维后的特征故障敏感性最好。研究结果表明本文所提出的方法在圆柱滚子轴承故障诊断方面具有一定的优越性。

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循环爆破荷载作用下小净距隧道中夹岩的累积损伤特征分析

曹峰1,2，3，凌同华1，李洁4，黄阜1

振动与冲击. 2018, 37(23): 141-148.

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为了研究循环爆破荷载对小净距隧道中夹岩的影响，以六月田分岔隧道为工程背景，采用LS-DYNA有限元软件建立分岔隧道的三维模型。基于HJC本构模型，通过引入损伤变量，模拟循环荷载作用下小净距隧道保留岩体的累积损伤演化过程，探讨中夹岩累积损伤程度、损伤范围与爆破次数之间的关系。在此基础上，根据损伤区质点振速衰减规律，通过数据拟合，建立单次爆破装药量、最大损伤范围与临界损伤峰值质点振速之间的函数关系。最后利用现场的声波测试结果与数值模拟结果进行对比，验证数值模拟结果的合理性和准确性。研究结果表明，数值模拟结果与现场测试结果较为吻合，最大损伤范围出现在中夹岩的拱肩；相比单次爆破，循环多次爆破开挖造成的累积损伤范围明显增加，临界损伤峰值质点振速显著降低。

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扁平管膨胀性能仿真及实验研究

冯丽娜1 李东2 田建东1 孙璟1 吴晗玲1 陈荣3

振动与冲击. 2018, 37(23): 149-156.

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分离结构是航天运载器上十分关键的部位，膨胀管分离装置作为一种清洁的分离结构，被广泛应用于火箭、卫星等的分离部位。本文使用LS-DYNA中的流固耦合算法对扁平管组件（扁平管、填充物、炸药索）进行了有限元仿真分析，并进行了实验验证，仿真与实验结果吻合得较好。在此基础上，分别改变扁平管的壁厚，填充物的密度、弹性模量，通过有限元仿真分析了扁平管上两个特征点的膨胀速度、膨胀位移及扁平管动能的变化规律，获得各参数对于扁平管膨胀变形的影响，对于设计扁平管组件具有很大的指导意义。

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桥壳多轴向多激励虚拟试验系统研究

邹喜红1，刘瑜1,袁冬梅２，陈雪松１，程凯华1

振动与冲击. 2018, 37(23): 157-163.

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为提出一种多轴向多激励的桥壳试验方法，并且为桥壳虚拟疲劳试验研究提供有效的输入手段。建立桥壳有限元模型并进行模态分析与模态试验，分析模态和试验模态不仅振型一致，而且各阶固有频率误差均在5%以内。在此基础上，采用模态综合法提取出桥壳柔性体文件。通过有限元柔性体文件替换法，建立了桥壳多轴向多激励的刚柔耦合虚拟试验系统，并基于简谐信号和随机信号进行系统仿真验证。基于道路模拟激励谱进行桥壳虚拟道路模拟仿真试验，并采用多轴向多激励道路模拟试验系统进行了试验验证，结果表明仿真与试验信号在幅值和趋势上具有较高的一致性，所建立的桥壳多轴向多激励虚拟试验系统具有较高的准确性，从而为桥壳设计验证和评价提供了一种高效准确的手段和方法。

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基于整车分析的磁流变减振器优化研究

李静，韩佐悦，周瑜，余春贤

振动与冲击. 2018, 37(23): 164-170.

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本文针对现有车用磁流变减振器设计优化过程中的不足，全面分析了设计参数约束关系并筛选出核心设计参数。针对磁场中的重要设计参数设计动态约束条件，并基于磁场有限元仿真结果采用神经网络来拟合参数边界模型，缩小优化范围。基于天棚阻尼控制思想设计了多参数反馈整车控制算法并进行了参数优化。创建了包含整车模型、控制器模型、减振器模型、执行器响应模型的联合仿真平台，以车身总加权加速度为指标，使用遗传算法对减振器设计参数进行了全局优化，结果表明优化后的减振器能更好的满足悬架控制需求，配合整车控制算法可以有效改善车辆行驶平顺性。

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基于包络谱带通峭度的改进谱峭度方法及在轴承诊断中的应用

张龙1,2,3，毛志德2，杨世锡1，李兴林3

振动与冲击. 2018, 37(23): 171-179.

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快速谱峭度方法（Kurtogram）是解决用于滚动轴承故障诊断的共振解调方法中带通滤波器中心频率和带宽参数确定问题的有效方法。 Kurtogram以滤波后时域信号的峭度值作为滤波效果度量指标，然而该指标易受非高斯噪声和偶然性非周期冲击影响，可能导致滤波频带选择错误。考虑到偶然性冲击和非高斯噪声的包络谱与周期性冲击包络谱之间的特性差别，同时为了排除齿轮局部故障和转子碰摩等故障造成的冲击影响，本文提出按一定规则截取滤波后信号包络谱的中间段，并以该段数据的峭度值衡量周期性冲击响应的强弱，称为包络谱带通峭度。以包络谱带通峭度代替Kurtogram中滤波后时域信号的峭度值，得到一种改进的快速谱峭度方法。以仿真信号和实验室实测信号分析验证了本文方法的有效性和优越性。

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装配整体式剪力墙结构动力特性研究

秦朝刚,白国良1，徐亚洲1，苏宁粉1，吴涛2

振动与冲击. 2018, 37(23): 180-189.

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根据相似理论，基于质量系统量纲推导了动力系统中各物理量的相似关系，并确定合适的相似常数。对12层剪力墙结构拆分，设计了模型材料配合比和模型结构预制墙板及连接技术方案，制作了一个1:5装配整体式剪力墙结构（MPCS）和一个现浇剪力墙结构（CIPS）。通过振动台试验对比研究了装配整体式剪力墙结构的破坏形态、动力特性参数。结果表明：装配整体式剪力墙结构的裂缝形态及扩展顺序不同于现浇剪力墙结构，预制墙板上下接触面的水平裂缝为主要损伤形态之一，连梁端部形成塑性铰后，最终微裂缝形成于MPCS预制墙板的竖向连接部位结合面，而CIPS为剪力墙墙肢；连接部位接触面微裂缝的发展使MPCS的初始刚度和主频率较CIPS的下降明显；两模型结构阻尼比随加速度峰值增大而增大，变化范围为4.2%~8.2%；一阶振型曲线近似为“弯曲”型，随PGA增大逐渐外凸，且现浇结构在塑性阶段外凸更明显，而二阶振型相似。

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风力机地震诱导机舱振动非线性特性分析

刘中胜1，杨阳1，李春1,2，邹锦华1，袁全勇1

振动与冲击. 2018, 37(23): 190-196.

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基于开源软件FAST和Wolf土-构耦合模型，通过自编程开发了风力机地震动力学仿真模块，与文献提出的Seismic工具进行比较，验证了所建立的风力机地震动力学仿真模型的可靠性。在此基础上，计算了5种地震运动下三台不同功率大小的风力机地震动力学响应，并基于分形和混沌理论分析了地震诱导振动特性。结果表明：地震诱导振动具有明显的非平稳特征，且大型风力机必须考虑风-震耦合效应。地震诱导振动时程曲线分形维数介于1.6~1.8之间，表现较高的自相似性和长程相关性。对于风-震耦合效应较弱的小型风力机，振动曲线分形维数与地震强度之间具有较高的关联性。地震诱导振动表现为明显的混沌特征，为非周期性和非完全随机的非平稳振动过程。风-震耦合效应较强的风力机，地震诱导振动时程曲线最大Lyapunov指数与地震强度之间存在较大的相关性，且风-震耦合效应越强，振动可预测时长越短，振动不稳定性越强。

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基于模糊PID控制器的变质量-柔性梁结构振动主动控制

马驰骋1,2，罗亚军2，张希农2，程相孟1，邵明玉1

振动与冲击. 2018, 37(23): 197-203.

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机械臂结构通常用来搬运或者传输物品，而质量在传递过程中可能移动或者改变大小，因此这类结构属于典型的变质量结构，含质量构件的机械臂通常被简化为附加集中质量或附加变质量的柔性杆梁结构。本文以含变质量构件的压电梁结构为研究对象，从材料的本构方程出发，使用模态叠加法推导了粘贴有压电片的变质量-柔性梁结构的控制方程，通过计算仿真得到变质量时变系统的瞬态响应，分析了变质量-柔性梁结构的振动特性和运动规律，然后开展变质量柔性梁结构的振动主动控制研究。针对系统的变质量时变特性，设计模糊PID控制器对含变质量单元的柔性梁结构开展了振动主动控制研究，考虑了多种工况下系统的振动抑制问题。鉴于FFT在非平稳信号分析中的不足，使用时频分析技术将信号在时间-频率域上分解，得到了信号在时频域上的能量分布信息，更加准确的比较了控制效果。数值仿真表明，由于系统的变质量特性，系统没有固有频率，而是以共振频率带的形式出现；PID控制和模糊PID控制两种算法都可以实现系统的振动抑制，但是使用模糊自整定PID控制器，鲁棒性高，自适应性强，通过改进PID控制器的参数，可有效的提高控制效果。

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基于3D GIS的液化侧移区划新方法

李程程1，袁晓铭1，曹振中2，李瑞山1

振动与冲击. 2018, 37(23): 204-212.

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场地液化是典型的地震灾害，其中最严重的为液化侧移，其区划工作是避免和减轻其灾害的重要手段，而我国这方面技术基本为空白。美国国国家地震减灾计划（NEHRP）液化侧移区划技术代表目前国际先进水平，但它是一种基于单点侧移计算公式和2D GIS的方法，其可靠性和精度严重依赖高密度钻孔。本文基于地震区划的本质需求，摒弃NEHRP的点-面区划方式，研究一种面-面区划技术，提出基于3D GIS技术的液化侧移区划新方法。通过解决液化侧移层厚度和细粒土含量等面要素提取关键技术，获取可液化土层特征分布，结合先前提出的液化侧移等级判别标准，可给出适合小区域和中等区域液化侧移区划图。应用新方法，得到了7.8级地震下唐山南区液化侧移等级分布图，与1976年唐山地震震后航测结果相符，表明了新方法合理可行。本文方法克服了NEHRP方法依赖高密度钻孔的弊端，在保证液化侧移区划精度同时大大降低了成本，达到了科学合理且经济的目标。

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基于VMD和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法研究

李余兴，李亚安，陈晓，蔚婧

振动与冲击. 2018, 37(23): 213-218.

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为了有效提取舰船辐射噪声的频率特征，提出一种基于变分模态分解（VMD）和中心频率的舰船辐射噪声特征提取方法。首先采用VMD方法将三类舰船辐射噪声分解为一组有限带宽固有模态函数（IMF），然后计算各阶IMF强度，选取能量较大的IMF作为研究对象，以最强IMF中心频率及能量较大的多个IMF中心频率作为特征参数对三类舰船辐射噪声进行特征提取。针对舰船辐射噪声频率特征提取难且不精准确的问题，采用VMD方法可以准确提取IMF中心频率，实现舰船辐射噪声的特征提取。通过数字仿真和实际舰船辐射噪声信号实验分析，并与基于集合经验模态分解（EEMD）的中心频率及高低频能量差方法进行比较，结果表明该方法可以有效提取舰船辐射噪声中心频率，并实现不同类别舰船的分类识别。

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基于信息熵优化变分模态分解的滚动轴承故障特征提取

李华, 伍星, 刘韬, 陈庆

振动与冲击. 2018, 37(23): 219-225.

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针对变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)的参数需事先人为确定的问题以及如何选取包含故障特征信息的本征模态分量(Intrinsic Mode Function, IMF)的问题，提出了基于信息熵的参数确定方法和基于信息熵的IMF选取方法。该方法首先对原始故障信号进行变分模态分解，通过信息熵最小值原则对其参数进行优化，获得既定的若干IMF分量；在优化参数时获得信息熵最小值所在的IMF，选取其为有效IMF分量进行包络解调分析，提取轴承故障特征频率。通过轴承仿真信号和实际数据分析，表明该方法能够提取滚动轴承早期故障信号的微弱特征，能够实现故障的准确判别。

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大跨度三塔悬索桥弹塑性软钢阻尼器减震控制

张玉平，王浩，邹仲钦，陶天友,郑文智

振动与冲击. 2018, 37(23): 226-233.

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大跨度三塔悬索桥是一种具有超大跨越能力的新型多塔悬索桥结构，其抗震特性备受关注。软钢阻尼器已被广泛应用于建筑结构的抗震加固中，但在桥梁工程中应用并不多见，为此，本文以泰州大桥为例，开展了软钢阻尼器应用于大跨度三塔悬索桥的减震控制研究。首先对软钢阻尼器参数进行敏感性分析，获得最优控制参数，据此分别研究一致激励和行波激励下软钢阻尼器的减震效果，并重点分析视波速对减震效果的影响。结果表明：设置软钢阻尼器可有效减小塔梁相对位移，但会使中塔底剪力和部分视波速下边塔底内力有所增大；在一定范围内的低视波速下近震源端结构内力减震效果优于远震源端，但在高视波速下远震源端减震效果明显大于近震源端。

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基于TR-PIV方法的格栅-空腔流动流场自激振荡空间特征研究

张永昌 1,徐宇工 2

振动与冲击. 2018, 37(23): 234-240.

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格栅-空腔流动能够引起流场自激振荡现象，导致诸多工程问题。采用风洞实验方法对流场振荡的空间分布特征问题进行了研究。建立了格栅-空腔实验装置，使用时间分辨粒子图像测速系统（TR-PIV）对空腔不同展向截面的速度场进行了测量，分析了流场特定位置速度振荡的时频特征。研究结论表明：在格栅-空腔流动中，流场自激振荡频率在空间中均匀分布，其斯特罗哈数为0.37左右。在格栅外侧，振荡幅值沿来流方向呈增加-减小-增加变化。在格栅内侧，振荡幅值沿来流方向先增加后减小。振荡幅值沿展向呈对称分布，在展向平分面达到最大值，在空腔壁面处达到最小值。

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某型狙击榴弹发射器橡胶缓冲部件对其发射性能影响研究

赵排航，王瑞林，李永建，贾云非，康小勇

振动与冲击. 2018, 37(23): 241-246.

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为研究某型狙击榴弹发射器橡胶缓冲部件对其发射性能的影响；通过静载与动载实验研究了橡胶缓冲部件在静载和不同平均应变率下的本构关系，建立了动力学仿真模型；根据仿真结果，分析了自动机、机匣和导轨的运动曲线，对比分析了有无缓冲垫作用下的运动曲线和后坐力曲线；结果表明：该橡胶材料本构模型具有明显的非线性、迟滞特性和应变率效应，随着应变率的增大，材料强度逐渐增大；在橡胶缓冲垫缓冲作用下可有效减小刚性接触对系统造成的影响和后坐力幅值，缓冲垫有效提高了系统的平稳性和人机工效。研究为该武器系统进一步改进打下了良好基础。

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一种改善PMSS弱磁电流稳定性的控制策略

单文桃,王鑫

振动与冲击. 2018, 37(23): 247-252.

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针对表贴式永磁同步电主轴(permanent magnet synchronous spindle, PMSS)弱磁控制中随转速升高出现定子电流震荡的问题，本文在分析弱磁控制算法以及转速调节器的基础上，提出一种基于模糊控制的改进型超前角弱磁调速策略。此策略使用改进型超前角弱磁控制算法扩展电主轴调速范围并抑制电流震荡；使用模糊PI转速调节器实现参数的动态调节，提高系统的稳定性。实验结果表明，基于模糊控制的改进型超前角弱磁调速策略能较好的扩展电主轴调速范围，且较好地抑制定子电流的震荡，从而提高永磁同步电主轴弱磁阶段的动态性能及稳定性。

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高铁桩网复合路基环境振动影响因素分析

高广运1，戴益波1，雷丹2，杨成斌3

振动与冲击. 2018, 37(23): 253-260.

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为了研究高速列车动荷载引起的桩网复合路基环境振动的影响因素，本文运用ABAQUS有限元软件，建立了包含垫层、桩帽、桩体的轨道-路堤-桩网复合地基三维有限元模型。首先以京沪高铁苏州站东侧某段桩网复合路基为背景建立模型，将模拟结果与实测结果对比，验证了本文数值模型方法的可靠性。在此基础上，分析了车速、路堤高度及土体阻尼比对高铁复合路基地面环境振动的影响。研究表明，近轨道中心处，车速与路基土体的共振条件决定地面振动大小；距轨道中心远处，地面振动主要由车速决定；路堤高度越高，复合路基中加固范围越大，对列车动荷载引起的地面振动减小越大，原因是垫层和桩体将振动波向路基深部传播；土体的材料阻尼比决定路基远处地面振动，材料阻尼越大，地面振动随距离衰减越快，因此预测路基远处地面振动需要合理的获取确定土体的阻尼比。

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小间距比下串列双圆柱涡激振动数值模拟研究：振动响应和流体力

陈威霖，及春宁，许栋

振动与冲击. 2018, 37(23): 261-269.

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对小间距比( )下串列双圆柱涡激振动进行了数值模拟研究，其中雷诺数为，折合流速为，质量比为。为保证圆柱之间的距离不变，两圆柱均仅作横向振动。根据圆柱响应的不同将间距比范围内的涡激振动分为三种：当间距比时，响应存在于较大的折合流速( )范围内；当间距比时，在大折合流速时，类似于高雷诺数时的尾流弛振出现；当间距比时，响应随折合流速增加并达到最大值，之后随折合流速缓慢减小，并最终稳定在较大的幅值上。对应不同的响应类型，上游和下游圆柱的流体力也呈现不同的变化。由于受到上游圆柱的屏蔽，下游圆柱的阻力均值要明显小于上游圆柱；在出现尾流弛振的区域，两圆柱的升力均方根随折合流速增加。此外，某些折合流速下圆柱之间的非稳定耦合作用也被反映出来。

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小间距比下串列双圆柱涡激振动数值模拟研究：尾流和耦合机制

陈威霖，及春宁，许栋

振动与冲击. 2018, 37(23): 270-277.

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对小间距比( )下串列双圆柱涡激振动的尾流和耦合机制进行了全面的研究，其中雷诺数为。两圆柱均仅作横向振动。对尾流的研究发现，当间距比时，小折合流速时对应经典的卡门涡街，而折合流速较大时，尾流则变得混乱起来，难以分辨其模式。当间距比时，尾流均为规律的2S模式。耦合机制分析发现，串列双圆柱平衡位置差的变化促成了在间距比时广折合流速响应的存在；而多频成分参与的不稳定耦合作用成为在间距比时类尾流弛振现象的诱因；大振幅响应在间距比时得以持续的动力则源于上游圆柱脱落旋涡产生的低压区和下游圆柱低频的运动。此外，一种新的平衡位置间歇跳跃现象在间距比和折合流速时出现，且响应在上侧的新平衡位置能稳定更长的时间。

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压电陶瓷振动传感器的迟滞非线性误差补偿研究

陈高华1,闫献国2,郭宏2,李志飞1

振动与冲击. 2018, 37(23): 278-285.

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针对振动测试中压电陶瓷传感器的迟滞非线性会影响检测精度的问题，分析了压电陶瓷的微观极化机理，解释了压电陶瓷传感器产生迟滞非线性的原因。为了有效补偿压电陶瓷的迟滞非线性，提高检测精度，提出了一种可以反映压电陶瓷传感器非对称迟滞特性的改进Bouc-wen模型，研究并给出了模型参数对迟滞曲线的大小、形状及平稳性影响关系和逆模型的求取方法。利用改进Bouc-wen逆模型作为补偿器来补偿压电陶瓷传感器的迟滞非线性，实验验证结果表明: 采用逆补偿后，校正位移总是能够很好跟踪传感器的实际输入位移, 有效保证了检测精度。

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华北平原季冻区重载列车振动传播规律研究

董捷1，2，武志辉1，2

振动与冲击. 2018, 37(23): 286-291.

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通过华北平原季冻区大秦重载铁路不同时期现场实测试验，实测路堤及地基在列车行驶振动荷载作用下振动加速度反应，深入研究季冻区重载车致地表振动的传播特性。研究发现，随着列车轴重的增加及速度的提升，铅垂向加速度峰值及平均值明显增大；随着测点与路肩水平距离的增大，加速度特征值迅速衰减，路肩至坡脚之间的衰减幅值较大，约为51%~71%，距路肩70 m处衰减达90%以上。此外，重载列车交汇运行相比单侧列车运行振动响应程度显著增大，加速度峰值提高约10%~39%。同时，振级随测点至路肩水平距离的增大总体呈现出衰减趋势，但局部出现波动现象。列车沿线地表层冻结后，随水平距离的增加振动能量逐步下降，但加速度特征值相对地表未冻结前平均提高约10%~26%，且地表冻结后加速度频谱分布范围较广，优势频段中高频成分较为丰富。

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基于改进EMD算法的木材声发射信号特征研究

方赛银,2，邱荣祖1，李明2

振动与冲击. 2018, 37(23): 292-298.

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针对EMD算法中三次样条插值拟合的过冲现象及误差传播问题，依据插值节点的极值属性，提出一种改进的分段三次Hermite插值算法。随后将改进的EMD算法用于木材AE信号特征分析，首先通过三点弯曲试验获取木材损伤过程AE信号，然后对AE信号进行小波降噪处理，并对处理后的AE信号进行EMD分解，最后利用相关性原理确定IMF主分量，依据IMF主分量的频率分布确定木材AE信号的特征频率范围，并结合瞬时频率判定和统计AE事件。试验结果表明，小波和EMD联合的方法能够明显提高木材AE信号特征分析效果，同时根据瞬时频率判定AE事件具有更为明确的物理意义。

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刊出日期：2018-11-15

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