振动与冲击

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汪志昊，寇琛，许艳伟，郜辉

振动与冲击. 2019, 38(10): 1-5.

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为了提升斜拉索的减振效果，提出了一种基于旋转式电磁能量回收技术的自供电MR阻尼器复合减振系统。其主要由电磁调节式MR阻尼器、能量回收电机（永磁旋转式发电机）以及直线-旋转运动转化机构（滚珠丝杠）等组成，滚珠丝杠将拉索的往复直线运动转化为旋转式发电机转子的正反向转动，发电机回收的振动能量可为MR阻尼器的励磁线圈供电。除MR阻尼器直接耗能外，能量回收电机自身作为电磁阻尼器也参与耗能。模型斜拉索减振实验结果表明：当MR阻尼器与能量回收电机安装在斜拉索相同端时，MR阻尼与电磁阻尼产生耦合、干扰效应，斜拉索减振效果恶化；当MR阻尼器与能量回收电机分别安装在斜拉索不同端时，MR阻尼与电磁阻尼则产生耦合、协同增效作用，斜拉索减振效果将得到提升。MR阻尼器与能量回收电机位置与参数匹配合理的自供电MR阻尼器复合减振系统对斜拉索具有较好的减振效果，可为斜拉索减振提供新技术与方法参考。

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基于双横臂悬架的1/4汽车模型及其等效二自由度模型的控制研究

朱柏霖，秦武，上官文斌，Subhash Rakheja

振动与冲击. 2019, 38(10): 6-14.

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建立了基于双横臂悬架的1/4汽车模型和等效的二自由度模型。根据基于双横臂悬架的1/4汽车模型的簧载质量和非簧载质量的动力学响应，通过参数辨识的方法，给出了辨识等效二自由度模型的质量、刚度和阻尼系数的方法。计算结果表明，等效二自由度模型辨识结果中的刚度和阻尼系数的数值与基于双横臂悬架的1/4汽车模型中相关参数的名义值有较大的差异。分析了悬架衬套、减振器上端支撑的刚度对等效二自由度模型参数辨识结果的影响。对比分析了采用辨识参数的等效二自由度模型和基于双横臂悬架的1/4汽车模型的簧载质量和非簧载质量的响应，证明了参数辨识方法的准确性。基于辨识参数的二自由度控制模型，给出了基于等效二自由度模型的参考模型滑模控制方法。试验和计算结果表明，与采用名义值相比，参考模型的刚度和阻尼系数采用辨识值时，等效二自由度控制模型可以获得更好的控制效果。

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半高导叶对离心泵径向力影响数值模拟研究

江伟1，陈帝伊1，王玉川1，朱相源2，李国君2

振动与冲击. 2019, 38(10): 15-22.

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半高导叶广泛应用于压缩机与涡轮机械中，能有效改善其气动性能，而在离心泵中应用较少，对其性能的影响机理不明确。本文采用SST k-ω湍流模型对半高导叶离心泵内部流场进行非稳态数值分析，重点研究半高导叶对离心泵压力脉动及径向力性能的影响规律。结果表明，H/b=0.4~0.6时，离心泵的水力性能最优、高效区较宽；随着流量增加，当H/b=1.0时，离心泵叶轮出口各流道压力对称性在逐渐变好，作用于叶轮上径向力在逐渐降低，当H/b=0~0.8时，离心泵中叶轮出口各流道压力对称性在逐渐变差，径向力在逐渐增加；在各流量工况下，H/b=0~0.8时离心泵径向力瞬时平均值高于H/b=1.0，但其径向力波峰与波谷差值较小，且作用于叶轮上径向力矢量分布更均匀，叶轮出口液流角波动较稳定。分析结果为离心泵半高导叶设计提供理论依据与参考。

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基于改进EEMD算法的桥梁结构响应信号模态分解研究

陈永高1，钟振宇1,2

振动与冲击. 2019, 38(10): 23-30.

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随着桥梁健康监测系统在桥梁结构上的不断运用，桥梁响应信号预处理的重要性也越发凸显。基于此，首先分析桥梁响应信号的基本特征，以便选取最佳的信号分解算法-集合经验模态分解；其次,就该分解算法的两弊端：模态混叠现象和有效本征模态函数的筛选，提出了在分解过程中嵌入多元统计学中的“解相关算法”和“谱系聚类”以保证分解所得本征模态函数间满足全局正交性，避免模态混叠现象；同时构建了用于筛选有效本征模态函数的新指标以实现其智能化筛选。文章最后分别以仿真信号和实际斜拉桥响应信号为研究对象进行信号的模态分解，并对比分析所得结果。结果表明，所提改进算法能有效改善集合经验模态分解算法存在的问题，同时该算法不仅能运用于仿真信号还能运用于实际桥梁振动信号，且分解结果具有可靠性。

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基于深度学习特征提取和WOA-SVM状态识别的轴承故障诊断

赵春华1, 2 胡恒星2 陈保家1, 2 张毅娜2 肖嘉伟2

振动与冲击. 2019, 38(10): 31-37.

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针对滚动轴承故障诊断问题，利用深度学习神经网络、鲸鱼优化算法（Whale optimization algorithm，WOA）和支持向量机(Support vector machine,SVM)等技术，提出了一种基于深度学习特征提取和WOA-SVM状态识别相结合的故障诊断模型。先通过深度学习自适应提取故障频谱特征，并将其与数理统计方法提取的时域特征相融合，再通过WOA-SVM对融合后的联合特征进行故障诊断。该模型在对滚动轴承试验台的故障诊断中实现了不同工况下多种故障类型的可靠识别，并且在一定程度上提高了故障分类的准确性。为了验证WOA-SVM在深度学习提取特征的轴承故障识别中的可行性和有效性，对比了粒子群支持向量机和遗传支持向量机，结果表明WOA-SVM具有较高的收敛精度和收敛速度。

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基于ABAQUS的动水压力波双渐近透射边界单元及应用

高毅超 1,2,梅真 1,2

振动与冲击. 2019, 38(10): 38-42.

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高阶双渐近透射边界能够在全频范围内迅速逼近准确解，具有很高的计算精度和计算效率。基于大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户子程序接口UEL开发了动水压力波双渐近透射边界单元，实现了有限元-双渐近透射边界时域耦合分析模型。双渐近透射边界单元的刚度矩阵和阻尼矩阵均为常矩阵，在分析计算中仅需计算一次，因此可以预先求解再读入ABAQUS以提高计算效率。通过数值算例验证了双渐近透射边界单元程序的正确性，并将其应用到大坝-库水动力相互作用分析。算例分析结果表明，双渐近透射边界单元具有良好的稳定性和计算精度，适用于实际大坝的地震响应分析。

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线性动力分析的一种通用积分格式

王海波，何崇检,贾耀威

振动与冲击. 2019, 38(10): 43-48.

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针对线性动力状态方程，结合泰勒级数展开式和广义精细积分法，提出了一种避免状态矩阵求逆的线性动力分析的通用积分格式。首先，将非齐次项在时刻利用泰勒公式将其展开成幂级数形式，然后结合广义精细积分法中的递推公式即可求解出非齐次项的动力响应。该方法计算格式统一，易于编程，通过选取幂级数的项数，可得到不同的计算精度。与传统的数值积分法相比，本文方法具有很高的精度、稳定性及适当的效率，可用于求解任意激励下结构的动力响应。

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高速脂润滑圆锥滚子轴承保持架动态稳定性分析

吴正海1，徐颖强1，邓四二2, 曹栋波1

振动与冲击. 2019, 38(10): 49-57.

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考虑脂润滑弹流润滑效应和挤压膜润滑效应，分析了保持架与轴承组件的多体接触作用关系，建立了计及润滑油膜等效刚度和等效阻尼的圆锥滚子轴承保持架全动力学模型。运用四阶Runge-Kutta方法计算分析了速度、载荷、预紧量等对保持架动态稳定性的影响规律，并对比分析了尼龙、钢和铜保持架的动态稳定性。分析结果表明，在平稳阶段，保持架与引导套圈接触力要远高于兜孔接触力，且保持架打滑率要低于滚动体打滑率；保持架和滚动体打滑率随轴承转速升高而增加，随载荷或预紧量的增加而减小；滚动体与兜孔间隙越小保持架动态稳定性越好，且兜孔接触力也越小；引导面间隙越小保持架与引导面的接触力越小，但保持架稳定性变差；在轴承转速分析范围内，尼龙和铜保持架的动态稳定性均随转速的提升而增加，在高速时钢保持架的稳定性要次于尼龙和铜保持架。

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斜槽式超声变幅杆纵扭特性研究

张巧丽1，张建富1，冯平法1,2，郁鼎文1，吴志军1

振动与冲击. 2019, 38(10): 58-64.

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利用斜槽式结构进行模式转换能有效实现纵扭复合，其局限在于设计不合理会导致纵扭转换效率低下。通过分析纵波斜入射固-气界面的反射和折射特性，仿真不同斜槽结构下的变幅杆在其谐振状态下的纵扭转换效率，探究了斜槽的角度、宽度、个数、深度、长度等因素对纵扭模式转换效率的影响。仿真结果表明：存在最佳的斜槽角度和斜槽宽度，使得纵扭转换效率最大；斜槽个数的增加能明显提升纵扭转换效率，且最佳斜槽宽度随斜槽个数增大而减小；斜槽深度和斜槽长度越大，纵扭转换效率越大，但达到一定长度值时趋于稳定。进而，通过对优化设计后的斜槽式变幅杆进行试验测试，验证了研究的有效性，试验条件下获得的纵振和扭转幅值分别为9.5 μm、29 μm。

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可控磁路式永磁悬浮系统的鲁棒控制

孙凤，夏鹏澎，孙兴伟，金俊杰，赵文辉，窦汝桐，于慎波

振动与冲击. 2019, 38(10): 65-70.

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为了实现磁悬浮系统的低功耗运行，一种可控磁路式永磁悬浮系统被提出，并基于有限元软件分析了该系统的可行性，建立该系统的动力学模型。针对其强耦合、非线性的特点，为了实现该系统的稳定运行，基于LMI的H∞鲁棒控制理论，建立了鲁棒控制模型，设计状态反馈γ-次优H∞鲁棒控制器。采用数值仿真与实验相结合的方式分析验证系统的悬浮特性与控制器效果，结果表明该系统可以实现稳定的低功耗悬浮运行，可以实现对位移信号的跟踪和对外扰力的抑制；解决由于系统模型参数不确定以及外扰等因素引起的系统不稳定问题，保证了系统的鲁棒性。

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空间圈套式绳索捕获动力学建模及接触碰撞分析

张龙1，2

振动与冲击. 2019, 38(10): 71-78.

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空间圈套式绳索捕获机构由于具有大容差、软接触的特性，已经逐渐被应用于太空中大型航天器的捕获任务中。柔性钢丝绳作为该捕获机构的执行元件，在捕获过程中的动力学特性对捕获任务有直接的影响。本文提出了一种基于拉伸/扭转弹簧-质点模型的柔性钢丝绳动力学建模方法，并在此基础上通过引入虚拟弹簧的概念，实现了对空间圈套式绳索捕获过程的模拟。首先，建立了以柔性钢丝绳离散段长度、偏转角及俯仰角为变量的柔性钢丝绳动力学方程；在此基础上，分析了捕获机构的几何约束并计算了柔性钢丝绳的初始状态；最后，通过曲面函数拟合的方式确定了目标载荷与柔性钢丝绳之间的接触刚度系数，并进一步的利用Hertz-阻尼模型完成了对动态接触力的计算。仿真结果表明该方法可以模拟空间圈套式绳索捕获过程中柔性钢丝绳的运动状态并对接触碰撞力进行评估。

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喷液式一体化在线动平衡终端的设计与实验研究

运侠伦1,2,3，梅雪松1,2,3，姜歌东1,2,3，胡振邦1,2,3，张尊浩1,2,3

振动与冲击. 2019, 38(10): 79-84.

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针对喷液式在线动平衡系统中的传统组装式平衡终端存在的问题，首次提出了一种新型的采用3D打印快速成形的一体化终端。在分析传统的组装式平衡终端存在质量过大和密封等问题的基础上，结合喷液式在线动平衡的技术特点和快速成形的要求设计出了新型的一体化平衡终端。在分析一体化平衡终端平衡能力的基础上，取实验主轴极限转速和容腔满腔液体的极限实验状态，建立了弧形容腔受力面分析模型，选取了容腔壁安全厚度，完成了一体化终端的制作，并且和组装式终端进行了关键参数对比。此外，为了保证液体的流动特性、表面测试的需求以及终端和主轴的配合精度，对一体化平衡终端配合锥面进行配磨，表面和液体流道进行了修形。最后，在高速主轴试验台上进行平衡终端的在线验证实验。实验结果表明，当转速为9000r/min、12000r/min和15000r/min时，通过在线平衡可以使主轴工频振幅分别下降达80.76%、82.34%和84.13%，且都一次成功，平衡时间也非常短，充分展现了平衡终端的可靠性。

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顶张式立管液压气动式张紧器的数值模拟

陈柏全1,2，余杨1,2，余建星1,2，徐立新1,2，吴晨1,2，康煜媛3

振动与冲击. 2019, 38(10): 85-91.

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综合考虑液压气柱的张力-冲程非线性关系以及平台-张紧器-立管之间的运动耦合关系，建立带液压气动式张紧器的顶张式立管有限元分析模型。为了更加符合工程实际，该模型中考虑了立管的真实截面布置以及采油树的作用。对四种张紧器模型，即恒定集中力模型、传统的简化模型、线性弹簧-阻尼模型以及非线性弹簧-阻尼模型进行对比分析。结果表明：恒定集中力模型不能反映立管张力的变化规律，而且立管响应也存在较大差别，故不宜采用；传统的简化模型过高评估了张紧器的张力水平，有可能导致不准确的立管响应评估结果；线性弹簧-阻尼模型可用于环境条件较温和的情况；本文建立的非线性弹簧-阻尼模型最能反映张紧器的刚度特性，且在极端载荷环境下尤为适用。

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磁悬浮球形飞轮不平衡振动前馈抑制与实验

刘强1, 尹兆京1, 吴波1, 任元2, 辛朝军2, 樊亚洪3

振动与冲击. 2019, 38(10): 92-97.

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针对磁悬浮球形飞轮转子存在的不平衡振动，建立磁轴承-球形转子动力学模型，提出了一种不平衡振动前馈抑制方法。依据达朗伯原理，将转子不平衡质量矩等效至转子两端配重面，得到了转子两端的轴承动反力。为维持球面磁极气隙的球壳形状，消除磁拉偏负力矩，将高速转子球心与定子球心始终重合。分析了转子质心偏离旋转轴引起的离心力，计算了转子质心偏离球心后，因电磁悬浮力始终指向转子球心而引起的偏转负力矩。仿真结果表明：转速为8000 r/min，转子两配重面内不平衡质量矩处于对角位置且大小相等时，对转子施加前馈抑制，转子径向振幅从13.8 μm减少至3.3 μm，减少约76.1％，轴向振幅从21.6 μm减少至5.6 μm，减少约74.1％。实验结果与仿真结果一致，验证了转子不平衡振动模型的正确性和前馈抑制方法的有效性。

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地震下大跨径连续刚构桥合理约束体系研究

周敉，朱国强，吴江，卢伟，刘平均

振动与冲击. 2019, 38(10): 98-104.

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为了研究地震作用下的大跨径连续刚构桥约束体系问题，在概念设计阶段即着手提高桥梁的抗震性能，针对当前相关技术和装置现状，提出了5种不同的约束体系进行分析处理。结合某110m+210m+110m三跨连续刚构桥，使用三维空间有限元分析软件，采用非线性时程分析方法，对比了5种不同约束体系下桥梁的桩顶、墩底、墩顶等截面的弯矩值和位移值。结果表明，对于所研究的主跨大于150m的大跨径连续刚构桥，在过渡墩处设置拉索钢阻尼减震支座和粘滞阻尼器组合体系是最合适的约束体系，使各墩的地震力合理分配，更好的提高了桥梁整体抗震水平。本文取得的研究成果，可供同类大跨连续刚构桥借鉴。

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喷层混凝土-围岩组合体的循环冲击压缩试验研究

郭东明1,2，闫鹏洋1，张英实 1，张伟 1，丁莹莹1，赵黎明1，

振动与冲击. 2019, 38(10): 105-111.

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针对巷(隧)道爆破开挖施工中，喷层混凝土和围岩粘结面近区双层介质动态力学问题，利用Φ75mmSHPB试验装置，对3天、7天、10天龄期混凝土-岩石组合体试件进行不同冲击气压的循环冲击试验。结果表明，早龄期混凝土对组合体试件的动力特性影响较大，在0.52MPa冲击气压下，循环冲击2次后，组合体试件力学特性由塑性转变为脆性，峰值应变减小，弹性模量增大，随着循环冲击次数的增加，组合体试件力学性能被劣化，峰值应变增大，弹性模量降低；循环冲击后，混凝土与岩石端面均出现张拉损伤裂纹，混凝土损伤较岩石严重，对比0.54MPa和0.56MPa试验结果，发现试件耗散能与损伤值呈负相关关系，低入射能条件下组合体试件损伤更小，这对现场施工具有重要的指导意义。

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在上下盘差异沉降作用下跨越地裂缝框架结构地震响应研究

熊仲明1，王永玮1，陈轩1，熊威扬2

振动与冲击. 2019, 38(10): 112-118.

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地裂缝对结构是严重安全隐患。为研究地裂缝上下盘差异沉降及地震作用对框架结构动力响应，以西安f4地裂缝场地附近框架为研究对象，利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立地裂缝场地上下盘无差异沉降与结构共同作用计算模型，将计算结果与振动台试验进行对比，表现较好一致性。通过对有限元模型施加上下盘差异沉降，定量分析了框架结构加速度、位移及位移角变化规律。计算结果表明：地震作用下，地裂缝场地框架结构各层加速度及位移大于无地裂缝场地结构加速度及位移；地裂缝上下盘差异沉降使结构加速度与位移增大；同时使结构破坏早于无沉降地裂缝场地。其研究成果为深入研究地裂缝上下盘效应对上部结构地震破坏过程和损伤机理提供参考。

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采样长度对阻尼识别的影响

闫凯1,赵晓丹1,连海平1,程惠1,孙黎明2

振动与冲击. 2019, 38(10): 119-123.

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传统观点认为阻尼识别方法受截断误差影响；增加采样长度，即增加采样点数，提高频率分辨率，可以减少误差，形成了采样时间长（即采样点数多）阻尼识别误差小的观点。但实际采样信号中包含噪声，对采样信号进行傅里叶变换时，噪声信号随阻尼信号一同被积分。将振动衰减信号作傅里叶变换，得出当采样时间超过4.6/n（n为阻尼值）时振动衰减信号频谱幅值与采样点数呈反比关系；对噪声使用统计分析，噪声频谱实际发生值不是期望值，而是主要在期望值与三倍标准差之间浮动，将噪声信号作积分推导得出噪声频谱幅值与采样点数的开方值呈反比关系。得出采样时间过长时，噪声信号将掩盖振动衰减信号，导致阻尼识别误差变大，通过计算推导得出了采样点数临界值的计算公式。运用仿真算例与悬臂梁敲击实验进行了验证。

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基于颗粒阻尼的PCB动力学与电路联合设计研究

肖望强1，余少炜1，林昌明1，刘利杰2

振动与冲击. 2019, 38(10): 124-132.

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对PCB在运输与使用过程中受振动影响易产生故障的问题，提出一种新型的电路板动力学与电路联合设计方法，能在满足电路设计的前提下，提高它的抗振特性。首先基于PCB的动力学分析，确定电路板的模态敏感区域，结合谐响应分析确定阻尼器的安装位置。然后通过离散单元法计算颗粒系统的耗能，针对颗粒阻尼器模型的设计，进行颗粒粒径大小、填充率等参数的优化，并确定颗粒阻尼器在PCB上的安装方案，在此基础上完成整个电路体系的设计。通过仿真与试验相结合，验证敏感区域安装颗粒阻尼器能使得PCB减振效果达到50%以上。这种联合设计的方法，对于提高电路板的抗振特性具有重要意义。

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颗粒材料中声波的超传递现象

崔建国,杨天智1,3，陈立群1,2

振动与冲击. 2019, 38(10): 133-137.

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对给定频率，激励幅值达到某临界幅值时系统突然发生较大能量响应的现象，称为非线性超传递现象。本文对周期球颗粒链的超传递现象进行了研究。首先，运用数值分析的方法，研究颗粒链的频谱响应，发现根据颗粒链是否发生超传递现象，可以将频率谱分为下禁带，通带和上禁带三部分。而进一步研究发现不同的频率范围内声波在颗粒材料中产生的响应截然不同,间接说明了频率区域划分的合理性。最后，本文又对声波在颗粒材料中的非对称传递进行了研究，发现激励声波频率在通带时，可以通过改变激励声波的幅值实现声波在颗粒材料中的单向传递。

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辨识主轴转子系统能量传递特性的矢量匹配平衡方法研究

运侠伦1,2,3，梅雪松1,2,3，姜歌东1,2,3，胡振邦1,2,3，张尊浩1,2,3

振动与冲击. 2019, 38(10): 138-142.

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为了有效抑制主轴转子系统由于不平衡引起的振动，并且克服传统动平衡方法效率低下的问题。以180SD35Q15高速磨削主轴为研究对象，利用有限元法，建立了主轴转子系统的动力学模型，并且利用模态测试实验对模型进行了修正，实现转子系统结构特征参数的获取。通过动力学方程证明了加重影响系数实际是由转子系统结构参数决定的，是能够反映转子系统能量传递特性的参数，并且利用结构参数对其实现了辨识，利用矢量合成原理对配重方案进行寻优匹配，快速、准确的获取了配重质量和相位。采用本文所述的矢量匹配平衡法和影响系数法进行了对比实验研究。结果表明：在15000rpm、18000rpm以及21000rpm时采用矢量匹配平衡方法进行动平衡，抑振幅度分别达到64.85%、49.57%和60.59%，抑振效果相较于影响系数法更好，且无需试重，一次配重成功，有效的缩短了平衡时间，大大的提高了平衡效率。

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仪器舱结构的能量有限元中频声振环境预示

王怀志1，于开平1，张宗强2，曾耀祥3，王旭3

振动与冲击. 2019, 38(10): 143-148.

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采用能量有限元分析（EFEA）的方法，建立某仪器舱结构的能量有限元模型，并对其进行了声振环境的预示。然后将EFEA与统计能量分析（SEA）及实验测试结果进行了比较，在一定的频域内，能量有限元方法得到了较好的预示结果，与预期结果相符。相对于传统SEA方法，EFEA还可以得到响应的空间分布。文中对仪器舱结构的EFEA建模及分析，为工程上对复杂结构声振环境预示提供了新的思路。

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基于连续气弹模型的超高烟囱风致响应风洞试验研究

梁枢果1，周颖1，王磊1,2，樊星妍2，刘伟2，杨威1

振动与冲击. 2019, 38(10): 149-155.

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以某300m超高烟囱为例，介绍了将连续气弹模型应用于超高烟囱抗风设计的风洞试验方法和试验结果。首先选用DEVCON胶剂，采用开模灌胶再拆模的方式，制作了连续壳体气弹模型，模拟了烟囱的几何外形和动力特性。基于刚性模型测压试验，确定了模型表面粗糙条的设置方式，以模拟实际烟囱风荷载的雷诺数效应。将刚性模型雷诺数效应模拟方法应用到连续壳体气弹模型上，对气弹模型进行吹风试验，获得了该烟囱的风致响应。气弹模型试验结果表明，该烟囱在平滑流场会发生一定程度的涡激共振现象，在实际湍流场中没有出现涡激共振现象, 但横风向动态位移仍然显著大于顺风向动态位移。将试验结果与既有实测结果进行了对比，检验了本文试验数据的可靠性。本文试验方式和试验结果可为类似工程的抗风设计提供参考。

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地震动频谱特性及与隔震结构损伤相关性研究

杜永峰1,2，王亚龙1，李虎1，方登甲1，时晨1

振动与冲击. 2019, 38(10): 156-161.

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该文对地震动频谱特性的描述方法及频谱特性与结构损伤的相关关系进行了研究。首先，提出了Fourier谱强度频率匹配度、结构振型频率影响系数和类共振放大系数的概念及计算公式；然后，以基础隔震结构作为弹塑性时程分析模型，计算结构整体损伤指数；最后，分别从卓越频率、三大峰值频率和平均频率三个角度研究地震动频谱特性与结构损伤的相关性。研究结果表明：地震动频谱特性对结构造成的损伤与结构各阶振型频率有关，且第一振型频率影响最大。Fourier谱强度频率匹配度越大，表明结构发生类共振的概率越大，造成隔震层和上部结构的损伤也越大。类共振放大系数反映频谱特性对结构造成损伤的程度，平均频率类共振放大系数与结构损伤的相关性最好，用平均频率能够较好地描述地震动的频谱特性。

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基于参数优化时变滤波经验模态分解和希尔伯特变换的转子故障诊断

唐贵基,周翀,庞彬，李楠楠

振动与冲击. 2019, 38(10): 162-168.

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针对应用时变滤波经验模态分解（Time varying filter empirical mode decomposition, TVFEMD）诊断转子故障时需人为指定带宽阈值和B样条阶数两个参数，存在较大主观性和盲目性的不足，提出一种基于参数优化TVFEMD和希尔伯特变换（Hilbert transform, HT）诊断转子故障的方法。首先，采用粒子群算法搜索最佳参数组合；然后，使用最优参数组合进行TVFEMD，得到一系列的本征模态函数（intrinsic mode function, IMF）；最后，对IMF进行HT，得到信号的希尔伯特时频图和边际谱，从而诊断出转子的故障类型。分别应用该方法诊断恒定转速的转子不平衡、变转速的油膜涡动两种典型转子故障。结果表明，基于参数优化时变经验模态分解和希尔伯特变换的方法不仅能够实现参数的自动选择，获得良好的分解效果，而且能够准确识别转子的不平衡、油膜涡动等典型故障；与原始经验模态分解和现有方法相比，具有明显的优越性。

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近断层脉冲型地震动的残余位移系数谱研究

黎璟1，杨华平2，钱永久1，邵长江1，黄俊豪1

振动与冲击. 2019, 38(10): 169-176.

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残余位移是基于性能抗震设计过程中一项重要性能指标。为研究近断层区域脉冲型地震动下结构的残余位移计算方法，采用同时包含场地特征周期T_g与地震动脉冲周期T_p的双周期规准法（TTN），以226条脉冲型地震动为输入，对单自由度体系进行线性与非线性时程分析，通过统计分析生成了TTN残余位移系数均值谱。探讨了场地条件、结构自振周期T以及强度折减系数R与残余位移系数C_r的关系，并拟合得到了TTN残余位移系数设计谱。研究结果表明：（1）采用TTN方法生成的残余位移系数谱能直接体现出速度脉冲效应对长周期结构动力响应的增大作用；（2）T和R是影响C_r的主要参数，而不同场地条件下的TTN残余位移系数谱具有一致性，可生成统一场地谱；（3）提出的TTN残余位移系数设计谱数学表达形式简洁，能够反映C_r与T、R的相关性，可用于预测近断层区域结构残余位移。

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雨滴冲击荷载对斜拉桥拉索风雨激振影响的初步分析

李锦,1，毛坤海2，余维光1，管海平1，陈水生1

振动与冲击. 2019, 38(10): 177-184.

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为探讨雨滴冲击荷载对斜拉桥斜拉索风雨激振的影响，本文从三个方面进行了讨论。由于拉索本身的振动会影响雨滴冲击力，首先对雨滴运动与拉索振动之间的相互作用进行了分析，结果表明雨滴冲击力的大小与拉索的振动无关，可以单独考虑雨滴冲击荷载。其次，原运动方程包含水线项及拉索振动项，许多学者都对其进行过简化，本文对这些简化方法进行了比较，从风速振幅曲线来看较好，但简化使得原本简洁的运动方程复杂化，不利于运用，而本文对原始方程进行数值求解很好地解决了这一问题。最后，对影响冲击荷载的一些因素进行讨论，发现在低风速情况下，雨滴冲击荷载的影响很小，几乎可以忽略不计；而在强风环境下，随着风速的增大，雨滴冲击荷载也增大，且此时拉索振动幅值远大于无冲击荷载时拉索振幅，故此时冲击荷载不可忽略。

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内环梁对风热耦合作用下冷却塔内压取值的影响研究

柯世堂，余玮

振动与冲击. 2019, 38(10): 185-192.

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内环梁作为新型加环冷却塔主要内部构件且考虑到运行状态下周边散热器热源的影响，以国内在建世界最高220m特大型双曲线间接空冷塔为对象，基于计算流体动力学方法进行了风热耦合作用下冷却塔（共设置三道内环梁）内部流场的数值模拟。在此基础上，探讨了内环梁设置前后冷却塔内表面平均风压分布特性，提炼出了内环梁对冷却塔内压取值的影响规律；并从机理上分析了塔内流动状态的差异，同时对比了内环梁对温度场特性的影响，最后给出了风热耦合作用下加环冷却塔内压系数取值建议。研究表明，不考虑温度场时内环梁的设置使得内压系数绝对值增大7.3%，考虑温度场作用后内环梁的设置使得内压系数绝对值减小2.3%，最终建议风热耦合作用下加环冷却塔内压取值为-0.42。主要结论可为此类加环冷却塔内吸力取值提供参考。

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基于结构-TMD耦合系统环境振动试验的结构被控模态和TMD参数识别

温青1 华旭刚2 王修勇1 陈政清2 孙洪鑫1

振动与冲击. 2019, 38(10): 193-198.

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为了实现TMD现场调试，提出了一种通过测试结构-TMD耦合系统的环境振动响应，识别结构模态频率、阻尼比和模态质量以及TMD的频率和阻尼比的方法。该方法首先通过测试环境激励下结构和TMD的响应，采用随机子空间算法，评估离散状态矩阵；然后将离散状态矩阵减缩和转化成单自由度结构和TMD耦合连续状态矩阵；最后，根据连续状态矩阵评估质量比、结构和TMD的固有频率和阻尼比。数值仿真分析结果发现：1）该方法可行且识别结果精度高；2）该方法适用于多模态振动结构。单层框架试验研究验证了该方法的有效性。

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全参数动态学习深度信念网络及其在滚动轴承寿命预测中的应用

杨宇张娜程军圣

振动与冲击. 2019, 38(10): 199-205.

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相对于传统的“对信号进行特征提取+人工选择对数据敏感的特征值+预测模型”的滚动轴承寿命预测方法，深度信念网络（Deep Belief Networks，DBN）有显著的优势：DBN可以直接处理原始数据，让机器自动学习信号特征，从而免去了特征提取和选择的过程，提高了预测的智能性。但是传统的DBN采用固定学习率进行网络学习，不利于寻找最优结果。基于此，本文提出了一种改进的深度信念网络——全参数动态学习深度信念网络（Global parameters dynamic learning Deep Belief Networks，GPDLDBN），并将其应用于滚动轴承寿命预测中。GPDLDBN预测模型由多层受限玻尔兹曼机（Restricted Boltzmann Machines，RBM）单元组成，首先采用自下而上的逐层无监督贪婪算法训练参数；然后采用自上而下的监督学习算法微调整个网络参数，两个过程均采用新的全参数动态学习策略设置各参数。采用GPDLDBN预测模型对实测的滚动轴承寿命数据进行了预测，并与传统的固定学习率的DBN预测模型进行了对比分析。结果表明，GPDLDBN预测模型能够有效加快收敛速度，减少模型的训练时间，且具有更高的预测精度。

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多向地震作用下土-框筒结构动力响应试验研究与数值模拟

沈超，钱德玲，朱志鹏，叶潇潇，张恒源

振动与冲击. 2019, 38(10): 206-214.

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为研究土—框筒结构动力相互作用体系在多向地震作用下的动力响应，对20层框筒结构的土—结构动力相互作用（SSI）模型和刚性基础（FB）模型分别进行了多向地震作用的振动台试验。通过试验数据的模态识别，分析了SSI和FB两种模型在不同工况下的固有频率、阻尼比和振型的差别。将不同烈度地震作用下SSI模型上部结构水平方向的峰值加速度、最大层间位移、最大层间位移角以及最大动应变进行对比，分析了单向水平和多向地震作用下SSI模型水平方向动力响应的差别。通过对比SSI和FB两种模型在多向地震作用下上部结构的竖向峰值加速度和层间位移，分析了土对结构竖直方向动力响应的影响。最后，采用有限元软件ANSYS对试验模型和工况进行数值模拟，验证了试验结果的可靠性。研究成果可为框筒结构高层建筑的抗震性能研究提供参考。

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汽车发动机悬置安装点最佳位置的优化研究

王田修1，王晨光2，杨洁丹1，王晓蒙1，黄煜2

振动与冲击. 2019, 38(10): 215-220.

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动力总成是车身振动的主要来源，合理的悬置刚度和安装点位置对于降低车身振动，提高汽车乘坐舒适性十分重要。根据车身、悬置和动力总成参数，考虑车身悬置点动力学特征，建立整车悬置系统振动传递简化模型，分析车身悬置点导纳对动力总成传递到车身振动能量灵敏度，查找对输出功率流影响最大的导纳所对应悬置及方向，在车身车架有限元模型中计算悬置点位置改变对导纳影响大小，进而找出最能降低向车身传递功率流的悬置最优位置。灵敏度分析及有限元模型中的计算结果表明合理选择悬置安装点位置对于降低传递到车身功率流有一定的效果，最后对悬置最优位置的确定给出了合理的建议。

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带缘板阻尼结构转子叶片振动特性的影响参数分析

张大义1,2，杨诚1, 夏颖1，付检伟1，洪杰1,2

振动与冲击. 2019, 38(10): 221-227.

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针对转子叶片缘板阻尼结构设计需求，首先根据简化模型定性分析了缘板阻尼结构接触作用对刚度和阻尼带来的非线性影响；然后采用考虑正压力的分布形式和局部滑移现象的分布式摩擦力学模型，通过数值计算叶片非线性振动响应，获得了缘板阻尼结构关键参数对叶片振动特性的影响规律。研究结果表明：阻尼块质量是缘板阻尼结构设计的最关键参数，应根据最佳压紧力值确定阻尼块质量。

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含初应力周期性局域共振Mindlin板的衰减域特性研究

刘心男，刘妍，纪颖波

振动与冲击. 2019, 38(10): 228-232.

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基于弱形式求积元法，提出了含初应力周期性局域共振Mindlin板衰减域的新型计算方法。首先，与存在精确解的特例进行对比，验证了本方法的正确性。其次，对初应力和几何参数对衰减域特性的影响进行了系统分析。结果表明压初应力作用下衰减域的频率降低，衰减域内波的衰减程度降低；而拉初应力作用下衰减域的频率升高，衰减域内波的衰减程度增强。最后，研究了有限周期性局域共振Mindlin板的频域和时域动力响应，进一步了验证衰减域的理论计算结果。本文研究结果为周期性局域共振板在隔振中的应用提供了有益的理论指导。

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高速角接触球轴承保持架不稳定运动机理分析

张涛 1，陈晓阳 1，顾家铭 2，赵利锋 3

振动与冲击. 2019, 38(10): 233-241.

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建立了球和保持架六自由度的角接触球轴承动力学为基础的磨损仿真模型。以某仪表转子轴承为算例，分析了不同载荷工况和保持架间隙比下保持架的运动，从球与保持架兜孔碰撞点位置、碰撞力的大小和频率等方面探讨了保持架不稳定运动的机理。发现在纯轴向载荷下，因球与兜孔碰撞点位置的不同，保持架会沿轴向摆动；轴向径向联合载荷作用下，因球的轨道速度随接触角变化，球与保持架碰撞力和频率都增加，导致保持架的运动不稳定；轴向和旋转径向负荷下，保持架兜孔间隙与挡边间隙比B/R小于1时，保持架质心运动轨迹接近于圆形，保持架的离心力作用于球上增大了球与兜孔的碰摩；间隙比大于1时，保持架质心轨迹为多边形或无规律涡动，引导挡边对保持架的约束减小了球与兜孔的相互作用，保持架兜孔的磨损率较低。圆形的质心轨迹是保持架稳定运动的一种状态，但从保持架磨损和能耗的角度看，对保持架的磨损寿命不利。

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精密加工平台隔振系统多频振动控制

赖俊杰，浮洁，白俊峰，杨泽宁，代镇宇，余淼

振动与冲击. 2019, 38(10): 242-249.

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近年来，随着精密加工与精密测量等技术的发展，微振动对加工精度和测量灵敏度的影响变得十分突出。传统的被动隔振器由于结构和参数固定，不能满足复杂激励环境下的隔振要求；主动隔振能量消耗大，且高频易失稳。以磁流变弹性体为代表的半主动控制技术不仅具有功耗低、稳定性好等特点，还能根据外界激励变化实时调节参数，成为振动控制领域的研究热点。论文针对精密加工平台系统中存在的多频振动问题和隔振系统的非线性，提出采用磁流变弹性体隔振器和分频模糊控制相结合的方法。首先建立了磁流变弹性体隔振系统动力学模型，推导适用于磁流变弹性体隔振系统的半主动控制条件，针对多频振动设计不依赖于系统模型的分频模糊控制器。最后通过控制实验验证了所设计控制器的有效性。与常规模糊控制器相比，所提方法对多频振动具有更好的抑制。

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基于Lamb波递归量化分析的复合材料裂纹损伤定征研究

刘小峰杨康俊柏林

振动与冲击. 2019, 38(10): 250-255.

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本文以谐波激励下的不同损伤引起的结构非线性特性为基础，利用递归量化分析对复合材料的基体微裂纹损伤进行量化检测。以不同外载条件下产生的不同裂纹损伤的复合材料层合板为试验对象，对靠近损伤区域的路径中的Lamb波信号进行了递归图的分析绘制，在此基础上采用递归量化指数对各路信号包含的损伤信息进行了定量表征。为了达到对损伤统一表征的目的，以特征向量间的欧式距离作为损伤状态相对于无损状态的偏离程度，建立了统一损伤指数。分析结果表明本文提出的统一损伤指数对复合材料基体微裂纹损伤具有较好的敏感性，并随损伤程度增加成良好的线性递增趋势，其为复合材料的基体微裂纹损伤定征提供了一个有效可行的方法与手段。

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抑制油气井钻柱黏滑振动控制器设计与应用

付蒙，吴亚锋，宋叔飚，李江红，张文龙

振动与冲击. 2019, 38(10): 256-261.

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油气井钻进过程中，钻柱系统深入地下几千米，容易引发钻柱黏滑振动现象，进而损坏钻井设备、降低钻进效率及危害钻井安全。为了抑制钻柱黏滑振动，提高系统抗干扰能力，建立了钻柱双自由度集中参数模型及非线性摩擦扰动模型，设计一种状态观测器，提出了速度补偿反馈控制方案。在仿真系统中验证了控制方案的可行性。仿真结果表明，设计的控制器可以使波动的钻头转速逐步收敛于输入参考值，并且闭环控制系统表现出良好的动态性能。基于速度补偿反馈控制器设计了钻柱黏滑振动控制系统，并在钻进现场完成测试实验。实验表明，设计的控制系统可以有效地抑制钻柱黏滑振动，从而进一步提高钻进效率、保障钻进安全。

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脉冲型地震下地震动强度指标与基础隔震结构位移响应的相关性研究

王亚楠1，于娇1，杜永峰2

振动与冲击. 2019, 38(10): 262-268.

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以隔震结构等效SDOF体系为研究对象，采用Bouc-Wen模型描述体系非线性力-变形行为，以近断层脉冲型地震记录为输入，运用MATLAB进行编程并求解得到体系的非线性地震响应；采用Spearman秩相关系数法对地震动强度指标与SDOF体系位移响应之间的相关性进行统计研究；分别以5层和8层基础隔震结构为例对分析结果进行算例验证。研究结果表明，与其它地震动强度指标相比，速度型指标在各周期段均与等效SDOF体系地震位移响应呈现较高相关性；各地震动强度指标对应相关系数曲线的分类化特征明显，其中对应第1类曲线的地震动强度指标更适于多层基础隔震结构，建议将VSI或HI作为优选指标用于多层基础隔震结构地震位移响应预测等相关方面研究。

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刊出日期：2019-05-15

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