2019年, 第38卷, 第13期　
刊出日期：2019-06-28

  

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  载机滚转条件下的导弹弹射分离横向位移研究

  刘浩1,周军1,张士卫2，戚孜江2

  振动与冲击. 2019, 38(13): 1-6.

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  研究载机空中滚转条件下的空空导弹弹射分离时产生的横向位移问题。采用伪坐标形式的拉格朗日方程建立了机载弹射发射机构高速伸展过程的动力学模型，对战机滚转条件下的导弹弹射分离动力学特性进行数值仿真，仿真表明：弹射分离速度正常，但是由于受科氏力作用导致弹射机构横向变形显著，致使导弹尾部横向位移大，威胁载机与导弹的发射分离安全性。由于重量和空间限制以及弹射作动时间很短，传统的提高机构刚度法和主动控制法在工程上难以实施，针对横向位移难题，提出对弹射机构前后链路进行刚度匹配设计的新思路，仿真和试验表明该方法有效且易于工程实现。为战机滚转条件下的导弹发射这一新课题提供理论指导。
  
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  基于频谱能量形态拟合的加速度积分方法研究

  陈太聪，张奇

  振动与冲击. 2019, 38(13): 7-12.

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  针对带噪加速度信号的积分问题，提出一种基于频谱能量形态拟合的频域积分新方法，定义为有效频段法。假设峰值主频临近区域的频谱曲线符合高斯函数分布，根据该区域内带噪信号的累积能量变化，拟合得到相关高斯函数的参数，从而根据三倍标准差原则确定主频有效信息的分布范围，进而通过有效频段内的频域积分和傅立叶逆变换，得到相应的速度和位移信号。最后，通过数值模拟算例，考察有效频段法在多频简谐激励和随机激励下的积分效果，并与传统频域积分方法进行对比。结果表明，相对于传统频域积分方法，有效频段法可以实现积分频段的自动确定，能得到简谐激励下更高的积分精度和随机激励下稳定且良好的积分精度，抗噪性能更强。
  
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  二自由度参数振动自由响应逼近

  黄迪山，刘成，张波

  振动与冲击. 2019, 38(13): 13-20.

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  对二自由度参数振动问题，应用反馈调制概念，将参数振动的自由振动响应表示成为以振荡频率和参数激励频率的线性组合，用矩阵三角级数进行逼近。应用谐波平衡，将二自由度参数振动方程转化为无限阶线性代数方程组；从齐次方程非零解得到特征方程，通过数值解得到主振荡频率。 引入归一化模态，求解出模态、系数矩阵及自由响应通解；由初始条件确定自由响应的任意常数。定义一个计算误差函数，将文中的方法和龙格-库塔法进行比较，当逼近级数项数大于一定项时，计算误差值比龙格-库塔法要小的多。因此，所给的矩阵三角级数表达为二自由度参数振动自由响应逼近提供了一种有效的解析分析工具，它具有理论研究和工程应用的价值。
  
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  爆炸分离钛合金板的研究

  胡坤伦，汪齐，王猛，曹杰，韩体飞

  振动与冲击. 2019, 38(13): 21-25.

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  为得到使钛合金板恰好分离的炸药量，应用量纲分析方法确定了实验的主要影响因素,抽象出了几何相似律；借助于显式有限元分析程序AUTODYN中的SPH方法,用计算机数值模拟预估出了使合金板恰好分离的装药量；通过调整不耦合装药与间隔装药结构，精确控制装药参数,最终通过实验确定了药量，得到了最小壁厚、装药直径和缓冲层厚度之间的最佳比例关系，与数值模拟结果对比，两者结果较为相近，表明了研究思路的可行性。为复杂工程环境中确定爆炸分离构件的药量提供了参考方案。
  
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  势函数特征参数调节的随机共振及其动车轴承故障检测研究

  刘进军1,2,冷永刚1,张雨阳1,谭丹1,范胜波1

  振动与冲击. 2019, 38(13): 26-33.

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  双稳随机共振的系统参数调节，会使势函数的势垒高度和势阱间距同时发生变化。为了能直观了解势函数特征的变化对双稳随机共振的影响，本文通过变量代换法实现势函数特征参数（势垒高度参数和势阱间距参数）的解耦，有利于势函数的调节。并提出了基于势函数特征参数调节的随机共振方法，根据Kramers逃逸速率与目标信号频率匹配原则，实现了目标信号的检测。为了克服随机共振对采样频比的要求，文中将势函数特征参数调节的随机共振与频域信息交换技术相结合，实现了低采样频比信号的检测。所提方法应用于动车转向架轴承故障的检测结果验证了方法的有效性。
  
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  钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响研究

  李小珍，聂骏，郭镇，王党雄，朱艳

  振动与冲击. 2019, 38(13): 34-41.

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  为探讨钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响，建立列车-轨道耦合振动频域模型，采用有限元法进行箱梁振动分析，并结合声学边界元法进行箱梁声辐射分析。以某城市轨道交通30 m简支箱梁的现场试验数据为依据，对所建模型进行了验证。在此基础上，对比了分别采用普通板式轨道和钢弹簧浮置板时的箱梁振动和噪声，并探讨了钢弹簧浮置板参数的影响规律。结果表明：仿真分析与测试结果吻合良好，箱梁振动声辐射主要集中在频率50～125 Hz；相比普通板式轨道，钢弹簧浮置板轨道可使得箱梁底板的总振级减小35.1 dB、底板附近的总声级减小24 dB；钢弹簧刚度是影响箱梁噪声的首要因素，其次是浮置板厚度，而浮置板长度和扣件刚度的影响很小；钢弹簧刚度每减小一倍，底板附近的总声级可降低5～6 dB；浮置板厚度每增加0.1 m，降噪量提高1～3 dB。本文的研究结果可为箱梁桥上钢弹簧浮置板的参数选取提供依据。
  
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  爆炸螺栓冲击响应的主要影响因素研究

  王军评，毛勇建，吕剑，黄含军

  振动与冲击. 2019, 38(13): 42-49.

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  根据爆炸螺栓动作的实际物理过程，在时序上划分为爆炸解锁和撞击两阶段，分别建立了预紧状态下爆炸螺栓爆炸解锁过程和撞击过程的数值模型，分析了耦合效应下冲击载荷的各主要因素（药量、预紧力、撞击部位材料）对结构响应的影响。结果表明：在爆炸解锁阶段，各区域响应随药量呈非线性递增，随预紧力呈线性递增；在近场区域，药量的变化对响应占主导作用；在中场区域，受药量和预紧力的双重控制；远场区域，主要由预紧力的变化主导。在螺柱撞击阶段，结构响应与撞击部位的材料特性紧密相关，具有较小屈服强度和较大塑性变形能力的材料，具有较好的吸能效果，结构的响应最小。
  
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  隧道纤维混凝土衬砌抗错断性能模型试验研究

  崔光耀1，王李斌1，王明年2，王道远3,4

  振动与冲击. 2019, 38(13): 50-56.

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  为研究隧道纤维混凝土衬砌的抗错断性能，以某地铁工程九家湾断裂F2-3区间隧道段为研究背景，开展了高烈度活动断裂区隧道纤维混凝土衬砌抗错断性能模型试验研究。研究结果表明：隧道纤维混凝土衬砌主应力抗错断效果达30%～40%，纵向应变抗错断效果达80%～90%，结构安全系数最小值增加倍数达4～5倍；隧道混杂纤维混凝土衬砌抗错断效果优于钢纤维混凝土衬砌，钢-聚丙烯混杂纤维混凝土隧道衬砌抗错断安全性最高，结构安全系数最小值为1.62；在提高隧道抗错断性能方面，纤维混凝土的增韧作用强于增强作用。研究成果对高烈度活动断裂区隧道抗错断性能的提高具有重要的意义。
  
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  长沙中低速磁浮运营线列车-桥梁系统耦合振动试验研究

  李小珍，金鑫，王党雄，谢昆佑，朱艳

  振动与冲击. 2019, 38(13): 57-63.

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  为探究不同桥梁结构形式对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动的影响，选取长沙中低速磁浮运营线中的两种典型桥梁：一跨25 m简支梁和（25+35+25）m连续梁为研究对象，开展现场动载试验，测试了列车在桥梁上运行时车辆及桥梁的动力响应。首先分析两种桥梁的基频特性并与仿真值进行了对比，随后分析了车辆与桥梁的动力特性及振动加速度频谱分布特征。结果表明：两种桥梁基频的仿真值与实测值较为吻合。在磁浮列车作用下，简支梁及连续梁竖向加速度峰值均集中在20 Hz以内，横向加速度峰值分布在20 ~ 80 Hz之间，其中简支梁的振动加速度幅值整体大于连续梁。列车通过简支梁时，车体、悬浮侧架的振动频谱峰值分布与通过连续梁时一致，通过简支梁时的振动幅值更大。悬浮侧架竖、横向加速度远大于车体，空气弹簧具有良好的隔振效果。试验研究成果可为磁浮高架桥梁设计、相应规范或标准的制定提供借鉴。
  
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  基于JC法的近场地震作用下钢筋混凝土高墩塑性铰形成概率分析

  赵金钢1,占玉林2,3,贾宏宇2,李晰2,谢明志2

  振动与冲击. 2019, 38(13): 64-72.

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  为研究近场地震动作用下钢筋混凝土(RC)高墩塑性铰形成概率，以高度为90m的某RC高墩为研究对象，首先采用支持向量机算法预测截面等效屈服曲率；然后考虑墩身参数和近场地震动的随机性，采用OpenSees建立高墩模型，并进行增量动力非线性分析；最后以等效屈服曲率为临界指标，采用JC法对截面动力响应当量正态化后，计算分析截面塑性铰形成概率。研究结果表明：RC高墩截面顺桥向和横桥向等效屈服曲率均具有明显的离散性且服从正态分布；顺桥向近场地震作用下，墩底和墩身中部区域塑性铰形成概率均较大并形成塑性铰，且墩身中部塑性铰长度达31.7m，比只考虑地震动随机性确定的塑性铰区域长度大84.3%，而横桥向仅墩底区域塑性铰形成概率较大且与只考虑地震动随机性确定的塑性铰区域长度基本一致。塑性铰形成概率分析法，可以更加准确地对RC高墩的塑性铰形成和分布做出评估。
  
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  输电塔减振的新型TMD开发与应用研究

  雷旭1，谢文平1，聂铭1，牛华伟2，陈谨林2，王宇翔2

  振动与冲击. 2019, 38(13): 73-80.

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  针对强风和断线冲击作用下高压输电塔易发生的较大幅度振动问题，本文开发了一种弹簧板式电涡流全向调质阻尼器（ECTMD）以减轻此类结构的风致振动和断线冲击效应。本文采用的ECTMD相比以往类似装置，其突出优点为使用非接触式的电涡流阻尼，构造简单且无内摩阻，微振动下即可启动，且非对称悬臂梁摆式构造使其具有全向抑振功能。运用数值模拟和气弹模型风洞试验对有无ECTMD时的某50m高输电塔振动响应进行了分析验证，计算和试验结果表明：本文开发的ECTMD沿各方向均有一定的减振效果，在质量比2%左右时，加速度减振率为18%~27%，位移减振率为10%~25%。因风作用下塔身1阶共振相比背景响应占比很小，故加装TMD装置对结构风振的抑制相对有限，但其能将结构阻尼值提高3倍左右，对于减小断线等冲击荷载效应会有较好效果。
  
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  改进差分滤波器在轴承故障诊断中的应用研究

  王建国，范业锐，张文兴，张超

  振动与冲击. 2019, 38(13): 81-86.

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  针对形态差分滤波器（Difference filter, DIF）在信号特征提取中可能存在频率混淆的问题，提出了改进的差分滤波器（Improved Difference filter, IDIF）的信号处理方法。由差分滤波器的内部结构特点可知，传统的形态差分滤波器无法同时识别正负冲击特性，导致频率混淆难识别。本文通过对滤波器的结构进行改进，利用帽变换辨别信号的主导冲击方向，提高了滤波器识别正负冲击特征的能力。为了验证该方法的有效性，对此进行了仿真实验和实际滚动轴承的故障诊断实验。实验结果表明，改进的形态差分滤波器可以同时区分出故障特征的正负特性，较好的避免频率混淆。
  
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  激光超声导波分频段时域滤波及频率波数域逆时损伤成像

  骆 英，陈 力，徐晨光，许伯强

  振动与冲击. 2019, 38(13): 87-94.

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  构建了一个激光激励和激光多普勒扫描拾振的完全非接触式超声导波损伤检测实验平台，实现对结构中超声导波场的高分辨率拾取，克服了常规接触式导波换能器致使波场检测空间分辨率低等不足；提出分频段时域滤波的方法，将激光超声宽频带信号分解为多个窄带信号以抑制频散效应，进而在无基准信号的前提下实现对损伤信号的提取；在此基础上应用频率波数域逆时损伤成像方法重构入射波场及损伤散射波场，以确定损伤边界，进而综合各窄带信号的损伤成像结果以获得更为精确的成像。仿真和实验结果表明：结合小波分析分频段时域滤波法与频率波数域逆时损伤成像方法能够实现各向同性板状结构中损伤的非接触检测，在工程实践上具有更广的应用价值。
  
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  粘结层对陶瓷/金属复合装甲抗弹性能的影响研究

  高玉波 1， 张伟 2，宜晨虹 3，汤铁钢 3

  振动与冲击. 2019, 38(13): 95-101.

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  采用二级轻气炮加载装置和AUTODYN软件对含环氧树脂粘结层的陶瓷/金属复合装甲的抗弹性能展开了研究。陶瓷面板分为叠层和单层板两种形式，对应于C/E/A（Ceramic/Epoxy resin/Aluminum alloy）和C/E/C/E/A（Ceramic/Epoxy resin/ Ceramic/Epoxy resin/Aluminum alloy）复合装甲。结果表明，受应力波传播和破碎锥作用，C/E/C/E/A装甲较C/E/A装甲的陶瓷面板破碎程度更大。具有缓冲作用的粘结层，随其厚度的增加，陶瓷损伤程度逐渐减小，背板侵深也逐渐减小。对Yaziv系数的修订表明，在相同弹速和粘结层厚度条件下，相同面密度的叠层陶瓷装甲抗弹性能优于单层陶瓷装甲。但是，粘结层厚度的增加对C/E/C/E/A装甲的抗弹性能贡献不大，而对C/E/A复合装甲的影响却较大。最后，对于两种形式陶瓷复合装甲，粘结层均使得装甲内透射应力波幅值得到了有效衰减，尤其是C/E/C/E/A装甲。
  
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  钢筋混凝土剪力墙在冲击荷载作用下的数值模拟分析

  易伟建，史先达

  振动与冲击. 2019, 38(13): 102-110.

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  为了研究钢筋混凝土墙在冲击荷载作用下的性能，首先利用LS-DYNA软件建立有限元模型对已有的试验进行了模拟，模拟结果和试验数据吻合良好证明了模型的正确性。在此基础上建立了7组28个钢筋混凝土墙在冲击荷载作用下的LS-DYNA有限元模型，分析冲击能量、冲击质量、轴压比和配筋率等因素对钢筋混凝土墙体抗冲击性能的影响。结果表明：冲击质量相同时，冲击能量和墙中部最大位移成线性增长的关系；而冲击能量相同时，冲击质量的改变将影响冲击过程中能量在钢筋和混凝土中的分配；随着冲击质量减小冲击速度增大，混凝土局部损伤加重，钢筋吸收能量减小，变形消耗的能量减小导致位移减小；轴压比小于0.3时，轴力对抗冲击能力有利，小轴压比的情况下可以不考虑轴力进行设计，结果偏于安全。最后对基于能量的设计方法进行讨论，提出了利用墙板塑性铰线法的静力设计方法来抵抗对应冲击能量作用下的设计思路，并总结了设计流程且对公式中的参数给出了建议取值。
  
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  偏心加筋板结构能量传递特性分析

  陈美霞， 彭灿兵， 陈琦

  振动与冲击. 2019, 38(13): 111-117.

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  基于薄板理论与欧拉梁理论，研究了弯曲波在偏心加筋板中的能量传递特性。通过充分考虑由于加筋偏心引起的面内纵波与剪切波，建立加筋处的耦合方程，然后采用波动法求解不同波型的能量传递系数，并与有限元仿真结果进行对比，验证了理论模型的准确性。在此基础上，研究了波形转换与能量传递系数在频域与入射角度上的特性，并分析了加筋偏心距、加筋高度-板厚比对传递系数的影响。结果表明，弯曲波向面内波的转换存在临界角，且在入射角接近临界角时弯曲波会大量转换为面内波，不可忽略偏心距的影响。
  
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  基于SPH-FEM耦合方法的落石冲击拱形钢筋混凝土棚洞数值模拟

  柳春1，余志祥1,2，郭立平1，骆丽茹1，赵世春1,2

  振动与冲击. 2019, 38(13): 118-125.

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  与框架钢筋混凝土棚洞相比，拱形钢筋混凝土棚洞具有自重小、跨度大的优点，其常用砂土垫层来耗散冲击能量。针对有限元法(FEM)模拟拱棚洞砂土材料超大变形问题时所存在的困难，建立了限元（FEM）与光滑粒子流体动力学(SPH)的耦合数值计算方法。利用SPH粒子模拟落石冲击区域的大变形砂土，为提高计算效率和精度，非冲击区域砂土用有限元单元模拟，并将混凝土、钢筋、岩石、冲击锤等划分成Lagrange标准有限元网格；然后基于耦合SPH-FEM方法建立了落石冲击拱形钢筋混凝土棚洞数值模型。研究结果表明：随着冲击能量的增大，冲击力峰值和拱中点位移峰值也逐渐增大；与足尺冲击试验结果对比，冲击力峰值和拱中点位移峰值最大误差均没有超过10%，验证了数值耦合模型的准确性；数值耦合模型形象再现了砂土成坑的物理过程，砂土垫层耗能占初始冲击动能的85%以上，说明砂垫层是一种很好的缓冲耗能材料。SPH-FEM耦合方法显示出了模拟拱形钢筋混凝土棚洞冲击问题的有效性。
  
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  基于冲击应力波测试法的阔叶材原木质量评估

  杨 扬，瞿玉莹，徐 锋

  振动与冲击. 2019, 38(13): 126-134.

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  阔叶材原木的质量评估可以为行业提供最优的阔叶材资源利用价值，但低成本、便捷、快速地评估阔叶材原木质量一直是严峻的挑战。基于此，提出了一种冲击应力波测试的质量评估方法，利用矩分析和小波变换提取两种声评估参数——时间中心和阻尼比，并详细推导了基于连续小波变换的阻尼比提取过程。应用该方法对阔叶材样本原木进行分等，原木板材锯切结果对比表明，基于时间中心和阻尼比的原木质量预测分等中，高质量组中的实测高等级板材占有率分别为74.2%和74.0%，低等级板材占3.2%和3.3%；而低质量分组中实测高等级板材分别占21.8%和28.5%，低等级板材占11.2%和8.3%。与传统的声速分等相比，高质量分组中高等级板材占有率提高了约26%，而低质量组中高等级板材占有率降低了15%以上。鉴于木材的变异性和阔叶材缺陷的多样性，综合考虑多个参数的分等结果可能是最佳选择。
  
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  考虑纵坡影响的曲线梁桥地震碰撞响应试验研究

  李娜娜,许维炳,陈彦江,闫维明,苏鹏

  振动与冲击. 2019, 38(13): 135-141.

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  地震作用下，碰撞会显著影响桥梁的地震响应规律。现阶段碰撞效应对桥梁地震响应影响规律尚不明晰，碰撞效应参数影响分析尚不全面，特别是考虑纵坡影响的桥梁碰撞响应分析尚处空白。以某小半径带坡曲线桥为对象，设计并制作其1/10缩尺模型，设计了可调式碰撞测试装置，通过调整碰撞间隙大小，分别对发生碰撞前后的模型桥进行了振动台试验，重点探究了碰撞对有纵坡曲线梁桥主梁、桥墩地震响应的影响。结果表明：碰撞会导致曲线桥主梁的旋转效应增大，并引发梁端较大的水平加速度响应脉冲；纵坡会造成低墩处的碰撞力大于高墩处的碰撞力，并引起主梁显著的竖向动力响应；此外，碰撞会放大桥墩墩顶位移响应，增加曲线桥桥墩在地震中的破坏风险。
  
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  基于马氏距离累积量和EMD的结构损伤识别两步法

  陈 闯1， 俞 鹏2，王银辉1

  振动与冲击. 2019, 38(13): 142-150.

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  结构损伤识别一直是结构健康监测和安全状态评估的热点问题，损伤信息少、信噪比低等因素极大增加了结构损伤识别的难度。本文基于马氏距离累积量（MDC）和经验模态分解（EMD）提出一种结构损伤识别的“两步法”，首先，利用健康状态监测数据作为参考样本，并利用参考样本的MDC值构造损伤识别向量，其MDC值的均值作为阈值，对待测样本进行初步损伤识别；当监测数据中损伤信息较少、信噪比低，利用直接的监测数据损伤识别困难时，则利用经验模态分解方法将监测数据分解成各阶本征模态函数（IMF），再利用各阶IMF的MDC值构造损伤识别向量，并利用统计学方法对损伤识别向量进行概率密度函数拟合，以概率密度函数95%置信区间的上限值作为阈值对结构进一步损伤识别。通过简支梁数值模拟和工字钢的模型试验验证了该方法的有效性及抗噪性。
  
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  0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢早期损伤非线性驻波法检测

  颜丙生1，杨明超1，赵俊杰1，汤宝平2，刘自然1

  振动与冲击. 2019, 38(13): 151-157.

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  针对非线性超声纵波检测中信号幅值较低、二次谐波不易被有效激发且易受干扰的问题，提出非线性驻波检测方法。分别对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢拉伸试件进行非线性超声纵波法和非线性驻波法检测，检测结果表明，相比于非线性超声纵波法，非线性驻波法能够提升信号幅值，有效激发材料内部由于非线性相互作用产生的二次谐波，提高超声信号的信噪比和频谱的频率分辨率，且试验结果与有限元仿真结果基本一致。对0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢三点弯曲疲劳试件进行非线性驻波检测，在疲劳寿命50%以前，不同疲劳应力下归一化超声非线性系数均随疲劳寿命增加而增大。因此，非线性驻波法能够更好的检测0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢早期损伤。
  
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  基于GDF的结构载荷及参数联合识别的实时方法

  万志敏 1，3，王婷 2，李霖 3，陆琼晔 1

  振动与冲击. 2019, 38(13): 158-163.

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  结构载荷及参数识别是结构动力学领域的重要研究内容，目前已有一些研究致力于两者的联合识别。比如作者提出的EGDF方法，它虽然可以连续识别未知载荷和参数，但它需要已知未知载荷自由度上的加速度响应。另外，该方法与其他基于最小二乘的连续识别方法一样，存在未知载荷和位移识别的低频漂移现象。本文提出了上述问题的改进方法，将识别问题转化为模态空间中的模态位移以及模态载荷的识别，再利用模态缩减法，得到实时的EGDF法。另外，采用位移和加速度作为测量响应，来解决识别结果的低频漂移问题。
  
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  声弹效应测量螺栓轴向应力的有限元计算分析

  孙朝明，王增勇，李建文，孙凯华

  振动与冲击. 2019, 38(13): 164-171.

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  为促进超声技术在定量评价螺栓拧紧状态中的有效应用，结合实际检测需求，对基于声弹效应的螺栓轴向应力测量方法构建了合适的有限元模型。使用二维轴对称方式模拟M8×25的螺栓，螺栓头部安放10MHz的超声波探头。有限元计算时，采用具有默纳汉三阶弹性常数的超弹性材料，将结构场与声场进行耦合分析，通过前后两个研究步骤，确定出螺栓在轴向拉伸状态下的超声波形信号。有限元计算结果表征了声传播时间差（ns）、轴向载荷(MPa)间的线性关系，此线性关系随螺栓夹紧长度、螺栓材料的不同而相应地改变；计算表明，对基于声弹效应的轴向应力测量方法而言，线性系数的准确测定非常重要。对有限元计算结果进行深入分析，可知螺栓内部应力状态对于超声传播声时变化存在叠加影响；因螺栓夹紧长度不同会引起声弹效应的较大变化，在实际测量时应对此足够重视。有限元计算结果与解析计算结果、实际试验测试结果对比，结果吻合性良好。所建立的超声法测量螺栓轴向应力的有限元模型，解决了对声弹效应进行数值模拟分析的难题，可为检测方法分析、专用仪器研发提供技术指导。
  
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  基于偏移量控制的MPC算法在预扭叶片振动控制中的应用

  刘廷瑞,常林

  振动与冲击. 2019, 38(13): 172-178.

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  针对风力机叶片的不稳定振动，阐述基于偏移量控制的模型预测控制（MPC）算法在预扭叶片振动控制中的应用。结构模型是基于结构阻尼计算的2D预扭典型截面，基于通用2D挥舞/摆振模型进行挥舞角/摆振角的变换，纳入了不同预扭角度下的结构阻尼。气动力是基于拟合气动系数的“六级正弦和”模型。基于偏移量控制和给定目标值的MPC算法，研究基于时域响应的稳定性分析和振动控制方法。MPC控制算法基于状态空间描述，实现位移响应分析及控制信号展示，利用罚权值实现设定点跟踪和控制信号变换，并制约输出信号幅度，迫使其急速衰减。通过变化的结构阻尼、预测水平系数和不同的目标参数下的响应分析，并对比线性二次型控制结果，验证了MPC算法的鲁棒性。
  
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  采煤机截割部齿轮箱体振动特性实验

  张睿1，张义民2，朱丽莎2

  振动与冲击. 2019, 38(13): 179-184.

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  截割部在割煤作业中同时受截割煤岩体冲击载荷以及由内部齿轮啮合引起的高频激励，是采煤机可靠性的薄弱部位，得到准确的截割部振动响应是进行可靠性分析进而提高截割部可靠度的最重要前提。本文基于国家能源采掘装备实验中心进行截割实验。实验台按照煤矿综采工作面搭建，能够真实模拟井下采煤全过程。根据综采工艺，实验工况设置为空载、直行截割及斜切截割，得到齿轮箱体振动加速度数据并进行时域和频域分析。探讨了截深、牵引速度和煤层硬度等关键参数对截割部齿轮箱体振动特性的影响。将实验的到的结果与理论计算进行比较。结果表明：理论计算结果与实验吻合较好；垂直地面方向振动量最大，振动幅值随截深、牵引速度和硬度而增加；斜切截割中出现拍振现象，拍振随截割载荷增大而减小；齿轮系统各传动级啮合频率发生耦合现象，耦合频率构成了优势频率的主要部分。截割部齿轮箱体的振动主要由齿轮系统啮合非线性振动引起，频率耦合会产生更多激振频率成分从而增大箱体发生共振的可能性。实验得到的数据和相关结论对正确认识采煤机截割部振动响应规律及截割部的可靠性分析和设计具有一定的参考价值。
  
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  高速列车车轮型面磨耗对轨道、桥梁振动特性影响分析

  昌超1，肖乾,2，王亚朋3

  振动与冲击. 2019, 38(13): 185-196.

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  以国产某型号动车组、CRTSⅢ无砟轨道和32m标准箱型简支梁为对象，基于列车-轨道-桥梁耦合动力学和固定界面模态综合法理论，利用多体动力学软件UM与ANSYS、HYPERMESH联合仿真的方法，建立三维车线桥耦合动力学精细模型，采用轮轨非椭圆多点接触算法。在数值算例中，以列车通过3跨简支梁桥为计算背景，分析不同里程、速度下的车轮型面对轨道、桥梁结构振动特性的影响。结果表明：车轮型面磨耗对轨道、桥梁结构的振动特性：横向受到的影响大于垂向。横向振动响应指标随着车轮型面磨耗增加，逐渐增大。同时会造成轨道、桥梁振动主频发生偏移，幅值异常，对结构的中高频阶影响更大。建议轨道、桥梁结构设计过程中，考虑轮轨型面发生变化后的影响，减小轮轨型面变化对轨道、桥梁结构造成的影响。
  
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  金属材料声发射信号传播的声阻抗特性研究

  毛汉颖1 刘 婷2 范健文1 毛汉领3

  振动与冲击. 2019, 38(13): 197-201.

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  金属材料声发射信号的传播特性是研究声发射技术的重要基础，声阻抗是表征金属材料动态特性的重要物理量，用声阻抗研究声发射信号传播特性，将有助于声发射信号在损伤检测中的应用。本文在综述金属材料声阻抗实测估计研究的基础上，提出了估计金属材料声发射信号声阻抗的方法，探讨了金属材料在经受荷载并卸载后以断铅声发射信号估计其声阻抗的方法。数值模拟和实验数据分析表明，通过断铅声发射可以估计材料经受荷载的声阻抗变化，金属材料声发射信号声阻抗估计值可以较好的表征声发射信号的传播特性，甚至还可能对材料经受荷载情况进行声阻抗成像，可能成为材料内部损伤检测的新方向。
  
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  气囊排气口开启控制方式试验研究

  李建阳1，王红岩2，宋世鹏1，洪煌杰3

  振动与冲击. 2019, 38(13): 202-207.

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  排气式气囊的排气口开启控制方式一般可以分为压力控制和加速度控制等两种。为研究排气口开启控制方式对气囊缓冲特性的影响，设计了两种排气控制式气囊，建立了回收载荷-气囊系统室内跌落试验平台，并对两种排气控制方式气囊进行跌落试验。试验结果表明，设计的加速度开关工作可靠，加速度控制式气囊实现了两侧排气口同时打开；在带倾角跌落时，加速度控制式气囊的着陆稳定性较好；随着加速度控制式气囊加速度开关阈值的增大，气囊排气口开启时机越晚，排气口开启之前气囊吸收更多的能量，导致气囊内压和冲击加速度增大。
  
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  周期性阵风流对通气航行体超空泡形态及流体动力特性影响

  王威，王聪，李聪慧，杜严峰

  振动与冲击. 2019, 38(13): 208-214.

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  使用动态网格技术，数值模拟研究了周期性阵风流对通气航行体的超空泡形态和流体动力特性影响。首先通过数值计算的结果与实验数据对比，验证了动态网格技术数值模拟周期性阵风流的可行性，然后基于该模拟方法分析了周期性阵风流作用下通气超空泡航行体的空泡形态演化过程及流体动力变化特点。结果表明：在周期性阵风流作用下，通气航行体的超空泡形态呈现周期性变化，航行体沾湿区域的大小和位置也随之发生变化，进而引起了流体动力系数的周期性变化；航行体沾湿区域的阻力占总阻力的比例随着沾湿面积的增加而增大；沾湿区域升力占总升力的比例较大，沾湿区域的空泡闭合线附近存在高压区，使得沾湿区域的面积虽小，但却可以为航行体提供很大的升力。
  
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  磁流变悬架系统的非线性动力学分析与混沌控制

  刘剑，王恩荣，颜伟，张海龙

  振动与冲击. 2019, 38(13): 215-222.

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  基于修正的磁流变阻尼器Bouc-wen力-速度（F-v）模型，建立了磁流变悬架动力学系统。根据非线性系统稳定性理论发现了系统发生混沌的可能性。给出全局分岔图和Lyapunov指数谱图，得到了系统随参数变化呈现出的周期振动、概周期振动和混沌运动交替出现的复杂非线性动力学行为，以及经由倍周期分岔、鞍结分岔以及逆向倍周期分岔通向混沌的演化过程。以理想线性模型为参考，提出了基于运动状态追踪的滑模控制方法，有效地将系统混沌运动镇定到稳定的周期状态。
  
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  考虑连接间隙非确定性的水中多体结构随机动力响应分析

  何孔德1,2,何雪辉1,2,方子帆1,2,杨蔚华1,2,刘绍鹏1,2,陈志超1,2

  振动与冲击. 2019, 38(13): 223-230.

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  针对水中多体结构系泊缆索和结构体连接的间隙接触不确定性所带来的系统动态特性随机性问题，考虑系泊缆索轻、柔和低阻尼特性引起的垂度效应，以及其在流场作用和间隙连接冲击下的动态伸长，采用等效弹性模量法修正了垂度的影响，建立了考虑系泊缆索动态伸长及间隙接触的系统随机广义非确定性动力学模型，利用Newmark-β方法及区间算法进行求解。计算结果表明，考虑间隙接触状态不确定性模型所带来的结构体运动学参数的均值和峰值都要大于理想铰接状态；动态张力也发生随机变化，出现很大峰值；间隙接触状态的偏转角度要大于铰接状态，有可能会引起系统的失稳。因此在研究具体水中多体结构时，要考虑连接处的接触状态，分析其随机动态特性。
  
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  基于AR模型的时变水声信道统计分析方法

  戴文舒1,鲍凯凯2,陈新华3,孙兴丽1

  振动与冲击. 2019, 38(13): 231-235.

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  Bellhop波束追踪方法利用射线理论在给定的几何和声源频率下能够得到准确的水下信道，但没有考虑到随机信道变化，本文将位置的不确定性和表面波浪的变化引起大尺度效应建模为1阶AR模型，理论建模分析并仿真验证了信道功率增益随通信带宽和通信距离的关系，采用最小二乘拟合对信道功率增益做局部平均，从而对时变水声信道概率密度函数进行估计。表面波浪的时变引起路径长度的变化，通过计算信道功率增益自相关函数可以估计模型参数，从而为信道预测提供可能。
  
  
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  基于风洞试验模型的跨声速颤振研究

  侯良学1,2，张戈12，刘南1,2，王冬1,2，钱卫3，杨希明1,2

  振动与冲击. 2019, 38(13): 236-241.

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  飞行器跨声速工况下颤振边界快速下降，是结构设计和强度校核重点关注的状态之一，目前工程中采用基于偶极子格网法的线性分析手段无法准确预测跨声速颤振边界，风洞试验仍然是研究飞行器跨声速颤振特性的重要手段。以两套颤振试验标准模型为研究对象，在FL-3风洞中开展了风洞跨声速试验研究，采用PEAK-HOLD亚临界响应分析方法预测了模型的跨声速颤振边界，并利用ZAERO和CFD/CSD耦合两种数值计算方法预测了试验模型的颤振边界。结果表明：PEAK-HOLD亚临界响应分析方法预测颤振边界具有较好的趋势性，颤振边界合理可靠；ZAERO线性方法对跨声速颤振边界的预测精度较低，而基于CFD/CSD耦合的非线性方法得到的跨声速颤振边界与试验吻合较好，相互验证了风洞试验和数值计算的可靠性。
  
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  液压挖掘机挖掘动力学建模研究

  冯豪1,2,杜群贵1，于树栋3

  振动与冲击. 2019, 38(13): 242-248.

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  很多因素如油缸动态特性、结构弹性、作业对象等对挖掘机动力学有着重要影响。为解决挖掘动载荷计算问题，本文综合考虑结构弹性、油缸特性、作业对象等因素提出挖掘机挖掘动力学系统模型。为取得精度和效率权衡，将动臂、斗杆、连杆等结构简化为梁单元；对形状复杂的铲斗结构，采用子结构自由度凝聚法对形状复杂的铲斗简化建模；采用弹簧阻尼单元模拟铲斗与作业对象关系模型；将油缸等效为两节点单元，该单元包含压力、位移和速度等变量；然后将结构与油缸模型组装成整体的动力学模型，采用Newmark算法完成动力计算。最后以某50t挖掘机动臂提升冲击工况为案例计算及试验分析，动力计算得到的动载荷与试验测试结果吻合，动载荷峰值误差小于6%，证明方法和模型的正确性。同时分析结果表明：采用油缸动力学模型比采用位移驱动模型模拟油缸用于动力计算的准确度提升约5倍，而结构弹性对挖掘动载荷的影响较小。
  
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  一种减小加速度计重力法标定中安装误差影响的方法

  占伟伟，蔡莉

  振动与冲击. 2019, 38(13): 249-252.

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  针对加速度计重力法标定中由安装误差引入初始失准角的问题，提出了一种基于非线性最小二乘拟合法的修正模型，并通过重力法静态标定装置对修正模型进行实验验证。实验结果表明，修正模型能够准确标定出初始失准角参数，减小加速度计重力法标定中安装误差对标定结果的影响。
  
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  水射流冲埋砂质海床土体数值模拟

  池寅1，时豫川1,吴海洋2,苏洁3,余敏1，卢秋如1

  振动与冲击. 2019, 38(13): 253-260.

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  基于SPH-FEM耦合算法，利用ANSYS/LS-DYNA软件建立水射流与海床土体的2D模型，研究水射流冲埋砂质海床土体的过程，分析冲埋过程中的应力波特性及喷射压力和砂质海床土体物理力学指标对冲埋速率的影响规律。结果表明：应力波在海床土体内部沿水射流中心线方向形成，且在扩散过程中能量不断耗散，应力最大值在水射流中心线与海床土体表面接触点处。喷射压力越大，冲埋速率越快，同一时刻的冲埋深度随喷射压力的增大呈线性增长；对于具有相同密实度的砂质海床土体，冲埋速率随剪切模量的增大而降低，且水射流速度越大，剪切模量的影响越显著；对于细砂类砂质海床土体，冲埋速率随内聚力和内摩擦角的增大呈线性下降的趋势；土体孔隙率对冲埋速率的影响较小。通过与参考文献中侵蚀深度的对比，证明数值模型的准确性。通过对数值模拟结果进行拟合，得到冲埋深度与时间的关系式，可作为不同海床土体条件下选择合适喷射压力的参考。
  
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  基于反馈变分模式分解的单通道盲源分离算法

  赵知劲 1,黄艳波 1，强芳芳 2，杨安锋 1

  振动与冲击. 2019, 38(13): 261-267.

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  针对源信号数目未知时，变分模式分解（VMD）算法分离单通道混合信号的性能受人为设定的模式分量中心频率间隔 影响大、复杂度高的问题，本文提出了基于反馈机制的VMD单通道盲源分离（VMDF-SCBSS）算法。首先利用VMD将观测信号分解为两个模式分量，其次利用相似系数衡量模式分量纯度，将最纯的模式分量反馈到输入端并从输入信号中减去，最后根据所提出的由相似系数构造的循环迭代终止条件判断是否继续分解。仿真结果表明，VMDF-SCBSS算法无需人为确定 ，能很好地分离单载波源信号并估计源信号数目，算法复杂度较低。
  
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  车辆撞击下钢筋混凝土桥墩的动力响应及损伤特征

  陈林，曾玉烨，颜泽峰，祝明桥

  振动与冲击. 2019, 38(13): 268-273.

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  本文基于LS-DYNA软件对车辆与典型钢筋混凝土桥墩的碰撞进行了非线性有限元模拟，重点考察了不同边界条件和箍筋直径的桥墩在车辆撞击作用下的动力响应及损伤特征，特别是钢筋混凝土桥墩的典型破坏形态。分析结果表明：1）桥墩主要发生剪切破坏，且桥墩底部固定约束位置由地面处下降1 m时，桥墩主要损伤区域将由地面以上1.2 m扩大至地面以上2.5 m；2）当桥墩箍筋直径由8 mm增大至24 mm时，桥墩最大水平位移平均降低71.3%；3）上部结构重力作用使得桥墩名义撞击高度范围内受拉纵筋应力大幅减少。